Question

5．硝酸铜为蓝色固体，溶于水可得蓝色溶液．某实验小组同学用如图装置加热硝酸铜，发现固体由蓝色逐渐变黑，同时产生红棕色有刺激性气味的气体，带火星的木条复燃．
【提出问题】硝酸铜在加热条件下到底发生了怎样的反应？
【查阅资料】
①氧化铜和稀硫酸反应的化学方程式：
CuO+H₂SO₄ $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+H₂O
②含氮化合物中，只有NO₂是红棕色、有刺激性气味的气体．
③NO₂有助燃性，能使带火星的木条复燃．
【猜想假设】Cu（NO₃）₂受热分解除了生成NO₂_，还可能生成了CuO和O₂．
【进行实验】

实验操作	实验现象	实验结论
步骤Ⅰ：将反应后试管中的固体加水充分溶解、过滤、将干燥后滤渣加入 稀硫酸溶液中．	固体全部溶解，得到蓝色溶液	硝酸铜分解生成了氧化铜．
步骤Ⅱ：在图1的试管和集气瓶之间连图所示的装置，重新进行加热硝酸铜的实验．	集气瓶中气体为无色，带火星木条复燃	硝酸铜分解生成了氧气

（1）步骤Ⅱ是同学们查阅了新的资料后设计完成的．该资料是关于NO₂NO₂的沸点或物理性质（或低温下NO₂能否反应生成液态或固态物质）方面的性质信息．
（2）设计步骤Ⅱ的目的是除去NO₂的验证反应有O₂生成．
【获得结论】
根据实验结果，Cu（NO₃）₂受热分解的化学方程式为2Cu（NO₃）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuO+4NO₂↑+O₂↑．
【反思与评价】
（3）已知相同状况下，气体的体积比等于其分子个数比．据此，同学们认为，即使没有资料③，依据实验结论和“加热硝酸铜产生的气体能使带火星的木条复燃”的实验现象，也能推出NO₂可能具有助燃性．理由：
硝酸铜分解生成的气体中NO₂与O₂的体积比为4：1，O₂所占的体积分数与空气中O₂的体积分数相同，分解生成气体能使带火星木条复燃而空气不能，说明NO₂有助燃性
（4）一氧化氮不溶水，极易和氧气反应生成NO₂；二氧化氮极易和水反应，方程式：2NO+O₂═2NO₂，3NO₂+H₂O═2HNO₃+NO↑某同学在图1实验中用图2装置收集气体，结果发现图2中的集气瓶未收集到气体，且集气瓶中的液面无变化，请说明原因（用化学方程式）4NO₂+O₂+2H₂O=4HNO₃．

Answer 1

分析 【猜想假设】根据质量守恒定律和资料推测Cu（NO₃）₂受热分解除了生成NO₂；
【进行实验】因为氧化铜难溶于水，可以通过溶解，过滤，洗涤的方式与可溶性物质进行分离．而后加热稀硫酸，稀硫酸与氧化铜反应生成硫酸铜，得到蓝色溶液；NO₂气体易液化，通过含冰制冷剂能将其液化；从而与其他气体分离，剩余的气体仍可以使带火星木条复燃，说明Cu（NO₃）₂受热分解还生成了氧气；
【获得结论】根据实验结果，Cu（NO₃）₂受热分解生成CuO、NO₂、O₂，故可书写化学方程式；
【反思与评价】通过化学反应，硝酸铜分解生成的气体中NO₂与O₂的体积比为4：1，O₂所占的体积分数与空气中O₂的体积分数相同，分解生成气体能使带火星木条复燃而空气不能，说明NO₂有助燃性；根据信息分析气体的分子变化结合现象回答．

解答 解：【猜想假设】根据“加热硝酸铜，发现固体由蓝色逐渐变黑，同时产生红棕色有刺激性气味的气体，带火星的木条复燃”、“②含氮化合物中，只有NO₂是红棕色、有刺激性气味的气体．③NO₂有助燃性，能使带火星的木条复燃”和质量守恒定律，推测Cu（NO₃）₂受热分解除了生成NO₂；
【进行实验】因为稀硫酸与氧化铜反应生成硫酸铜，得到蓝色溶液，其化学方程式为CuO+H₂SO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+H₂O；NO₂气体易液化，通过含冰制冷剂能将其液化；从而与其他气体分离，剩余的气体仍可以使带火星木条复燃，说明Cu（NO₃）₂受热分解还生成了氧气；
【获得结论】根据实验结果，Cu（NO₃）₂受热分解生成CuO、NO₂、O₂，故可书写化学方程式2Cu（NO₃）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuO+4NO₂↑+O₂↑；
【反思与评价】通过化学反应，硝酸铜分解生成的气体中NO₂与O₂的体积比为4：1，O₂所占的体积分数与空气中O₂的体积分数相同，分解生成气体能使带火星木条复燃而空气不能，说明NO₂有助燃性；
根据信息2NO+O₂═2NO₂，3NO₂+H₂O═2HNO₃+NO↑，可知反应的方程式为：4NO₂+O₂+2H₂O=4HNO₃；结合方程式可知气体完全溶解，因此不能收集到气体，集气瓶液面不会发生变化；
故答案为：
【猜想假设】NO₂；
【进行实验】稀硫酸；氧气；
（1）NO₂的沸点或物理性质（或低温下NO₂能否反应生成液态或固态物质）；
（2）除去NO₂的验证反应有O₂生成；
【获得结论】2Cu（NO₃）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuO+4NO₂↑+O₂↑；
【反思与评价】
（3）硝酸铜分解生成的气体中NO₂与O₂的体积比为4：1，O₂所占的体积分数与空气中O₂的体积分数相同，分解生成气体能使带火星木条复燃而空气不能，说明NO₂有助燃性；
（4）4NO₂+O₂+2H₂O=4HNO₃．

点评 本题考查了化学方程式的书写，又考查了同学们实验方案的设计，难度较大，注意根据实验目的设计实验方案．