Question

1．为了证明铜和稀硝酸反应产生一氧化氮气体，某学校学生实验小组设计了一个实验，其装置如图所示（加热装置与固定装置均已略去），B为一个用金属丝固定的干燥管，内装块状碳酸钙固体；E为一个空的蒸馏烧瓶；F是可控制气体流向，用于鼓入空气的双连打气球．
（1）实验时，先将B装置下移，使碳酸钙与稀硝酸接触产生气体，当C处产生白色沉淀时，立刻将B装置上提，使之与稀硝酸分离．该组学生设计此步操作的目的为用碳酸钙与稀硝酸反应产生的二氧化碳排出装置中的空气，让整套装置充满CO₂，防止O₂干扰．
（2）将A中铜丝放入稀硝酸中，给装置A微微加热，在装置A中产生无色气体，其反应的化学方程式为3Cu+8HNO₃=2Cu（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O．
（3）装置E中开始时出现浅红棕色，用F向E中鼓入空气后，可观察到烧瓶E内气体颜色加深．假设装置E的体积为66mL，空气残留量为10mL，要鼓入130mL的空气才能将NO全部氧化（设氧气占空气体积的$\frac{1}{5}$，且所有气体都在同温同压下）．
（4）一段时间后，C中白色沉淀溶解，其原因是3NO₂+H₂O=2H⁺+2NO₃^-+NO、CaCO₃+2H⁺=Ca²⁺+CO₂↑+H₂O（用离子方程式表示）

Answer 1

分析 实验时，可先将B装置中CaCO₃放入硝酸中，碳酸钙和硝酸反应生成二氧化碳气体，先排出去其中的空气，以便在E烧瓶中收集到NO，以便观察颜色，且在C中可观察到浑浊，有碳酸钙沉淀生成，A中硝酸和铜反应生成NO，易于氧气反应，则将F气球中空气压入E中，有红棕色气体生成，装置D中盛有氢氧化钠溶液，可用与吸收二氧化氮气体，气体中气球可用于吸收不反应的NO，以防止污染空气，
（1）NO与空气中氧气反应，制取NO前需要先用二氧化碳将装置中空气排净；
（2）铜与稀硝酸反应生成硝酸铜、一氧化氮气体和水，据此写出反应的化学方程式；
（3）E中含有NO，NO与空气中氧气反应生成红棕色的二氧化氮，假设装置E的体积为66mL，空气残留量为10mL，则NO为56ml，需要氧气为28ml，10ml残留空气中含氧气为2ml，则需要通入氧气为28ml-2ml=26ml，换算成空气体积得到；
（4）二氧化氮与水反应生成硝酸，硝酸与碳酸钙反应生成，导致碳酸钙溶解；

解答 解：（1）实验时，可先将B装置中CaCO₃放入硝酸中，碳酸钙和硝酸反应生成二氧化碳气体，用碳酸钙与稀硝酸反应产生的二氧化碳排出装置中的空气排除装置中的空气，以便在E烧瓶中收集到NO，以便观察颜色，
故答案为：用碳酸钙与稀硝酸反应产生的二氧化碳排出装置中的空气，让整套装置充满CO₂，防止O₂干扰；
（2）稀硝酸与铜反应生成硝酸铜和NO，反应的化学方程式为：3Cu+8HNO₃=2Cu（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O，
故答案为：3Cu+8HNO₃=2Cu（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O；
（3）E中含有NO，NO与空气中氧气反应生成红棕色的二氧化氮，假设装置E的体积为66mL，空气残留量为10mL，则NO为56ml，2NO+O₂=2NO₂，需要氧气为28ml，10ml残留空气中含氧气=10ml×$\frac{1}{5}$=2ml，则需要通入氧气为28ml-2ml=26ml，空气体积=5×26ml=130ml，
故答案为：130；
（4）A中硝酸和铜反应生成NO，NO易与氧气反应生成NO₂，可观察到烧瓶E内气体颜色逐渐加深；一段时间后，C中二氧化氮与水反应生成硝酸，硝酸能够溶解碳酸钙，所以C中白色沉淀溶解，反应的离子方程式为：3NO₂+H₂O=2H⁺+2NO₃^-+NO、CaCO₃+2H⁺=Ca²⁺+CO₂↑+H₂O，
故答案为：3NO₂+H₂O=2H⁺+2NO₃^-+NO、CaCO₃+2H⁺=Ca²⁺+CO₂↑+H₂O．

点评 本题以硝酸的性质为载体综合考查性质实验的设计，为高考常见题型，题目难度中等，试题侧重考查学生的分析能力和实验能力，注意把握相关物质的性质，明确实验目的和原理是解答该题的关键，注意常见实验操作方法及注意事项．