Question

8．某兴趣小组在利用图1所示装置做铜与稀硝酸反应的实验中，发现开始时气泡产生速率非常慢，一段时间后速率明显加快，烧瓶内溶液呈浅蓝色并不断加深，液面上方的气体颜色也在不断加深．该小组同学拟通过实验探究反应速率变化的原因．

（1）图1中铜与稀硝酸反应的离子方程式为3Cu+8H⁺+2NO₃^-（稀）═3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O．
（2）图1中NaOH溶液能够吸收的有害气体是二氧化氮和一氧化氮气体．
（3）小组同学提出了如下假设并设计实验探究：
Ⅰ．甲同学认为反应速率变化的原因可能是反应放热导致溶液温度升高所致，故测定反应过程中溶液不同时间的温度，结果如下表：

时间/min	0	5	10	15	20	25	35	50	60	70	80
温度/℃	25	26	26	26	26	26	26.5	27	27	27	27

结合实验目的和表中数据，你得出的结论是温度不是反应速率明显加快的主要原因．
Ⅱ．乙同学认为生成的Cu²⁺对反应有催化作用，为验证此假设，取A、B两支试管分别加入等量的铜片和稀硝酸，那么最好是在其中一支试管中加入少量的A（填序号）．
A．硝酸铜晶体    B．硝酸铜溶液    C．硫酸铜晶体    D．硫酸铜溶液
然后对比两支试管的反应，发现现象基本相同．故得出结论：Cu²⁺并不是反应的催化剂．
Ⅲ．丙同学根据现象推测反应过程中还有少量NO₂生成，进而认为该物质对反应有催化作用，如图2所示，丙同学从a处通入该物质后，发现左管中产生气泡速率明显快于右管．小组同学得出最后结论：这种物质对铜和稀硝酸的反应有催化作用．
（4）实验结束后，发现试管中溶液呈绿色，而不显蓝色．部分同学认为是该溶液中Cu²⁺的浓度较高所致，另一部分同学认为是该溶液中溶解了通入的物质．丁同学设计了一个实验方案证明后者的推测更为合理．（在表格中写出该同学可能的实验操作和实验现象）

操作	现象
向该绿色溶液中通入氮气（或向硝酸铜溶液中通入浓硝酸与铜反应产生的气体）	溶液颜色变蓝（或绿色加深）

Answer 1

分析 （1）铜和稀硝酸反应生成硝酸铜、一氧化氮和水；
（2）NaOH溶液可以吸收二氧化氮和一氧化氮气体；
（3）Ⅰ．测量温度变化的常用仪器为温度计；验证温度对速率的影响，获得实验数据后可以获得一系列结论，如果把它放在整个实验探究中去理解可知最重要的结论是反应液温度上升不是反应速率明显加快的主要原因；
Ⅱ．加入固体，不能加入溶液，否则溶液浓度减小，不能加入硫酸根离子；
Ⅲ．液面上方的气体颜色不断加深，说明生成了NO₂气体；
（4）根据改变溶解气体的浓度是否影响溶液的颜色来判断．

解答 解：（1）铜和稀硝酸反应生成硝酸铜、一氧化氮和水，反应的离子方程式为：3Cu+8H⁺+2NO₃^-（稀）═3Cu²⁺+2NO?+4H₂O，
故答案为：3Cu+8H⁺+2NO₃^-（稀）═3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O；
（2）NaOH溶液可以吸收二氧化氮和一氧化氮气体，反应的离子方程式为：NO+NO₂+2OH^-═2NO₂^-+H₂O，
故答案为：二氧化氮和一氧化氮气体；
（3）Ⅰ．由表中数据可知，随着反应的进行，反应速率明显加快，但温度变化不大，所以温度不是反应速率明显加快的主要原因，
故答案为：温度不是反应速率明显加快的主要原因；
Ⅱ．加入固体，不能加入溶液，否则溶液浓度减小，不能加入硫酸根离子，
故答案为：A；
Ⅲ．液面上方的气体颜色不断加深，说明生成了NO₂气体，
故答案为：NO₂；
（4）要证明是溶解了NO₂导致装置中溶液呈绿色，可设计将溶解的NO₂赶走再观察颜色变化，
故答案为：向该绿色溶液中通入氮气（或向硝酸铜溶液中通入浓硝酸与铜反应产生的气体）；溶液颜色变蓝（或绿色加深）．

点评 本题考查了铜和硝酸的反应实验，难点是（4）题，会设计实验验证是溶解了NO₂导致装置中溶液呈绿色，设计实验是高考的热点，也是学习的难点．