Question

4．某同学设计下列实验，来研究硫酸和硝酸的性质．
实验一：如图1，在一支试管中放入一块很小的铜片，再加入2mL浓硫酸，然后把试管固定在铁架台上．把一小条蘸有品红溶液的滤纸放入带有单孔橡皮塞的玻璃管中．塞紧试管口，在玻璃管口处缠放一团蘸有Na₂CO₃溶液的棉花．给试管加热，观察现象．当试管中的液体逐渐透明时，停止加热．待试管中的液体冷却后，将试管中的液体慢慢倒入另一支盛有少量水的试管中，观察现象．

回答下列问题：
（1）a处反应的化学方程式为Cu+2H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O，计算放出112mL气体（标准状况），转移电子的物质的量为0.01 mol．
（2）试管中的液体反应一段时间后，b处滤纸条的变化为蘸有品红溶液的滤纸条褪色．
待试管中反应停止后，给玻璃管放有蘸过品红溶液的滤纸处微微加热，滤纸条的变化为滤纸变红．
实验二：为了证明铜与稀硝酸反应产生一氧化氮，某同学设计了一个实验，其装置如图2所示（加热装置和固定装置均已略去）．A为注射器，B为两端长短不等的U形管，C是装有NaOH溶液的烧杯，D处是绕成螺旋状的铜丝，K₁、K₂是止水夹．
（1）实验时，为在D处收集到NO，以便观察颜色，必须事先在A中吸入一定量的空气．然后关闭K₁（“关闭”或“打开”），从U形管左端注入稀硝酸，当看到U形管右端稀硝酸接触胶塞现象可以确定U形管中空气已被赶尽．
（2）然后给装置B微微加热，在装置D处产生无色气体，其反应的离子方程式为：3Cu+8H⁺+2NO₃^-═3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O．
（3）如何证明D处聚集的是NO而不是H_2？打开止水夹K₁，把注射器中的空气压入U形管中，若观察到D处气体变红棕色，则证明收集的是NO，而不是H₂．
（4）实验现象观察完毕，关闭止水夹K₁，打开止水夹K₂，在重力作用下，U形管右端的红棕色混合气体被酸液压入NaOH溶液中吸收，消除了环境污染．

Answer 1

分析 实验一：（1）铜和浓硫酸在加热条件下能发生反应，生成硫酸铜和二氧化硫、水；铜的化合价升高2价失去两个电子，硫酸中硫的化合价降低2价得到两个电子，依据生成1mol二氧化硫转移2mol电子计算生成112mL气体（标准状况）转移的电子数；
（2）二氧化硫能使品红溶液褪色，但二氧化硫的漂白性不稳定，加热时会恢复原来的颜色；
实验二：（1）在A中吸入一定量的空气，然后关闭K₁，打开止水夹 K₂，使铜与稀硝酸反应生成的一氧化氮进入集气瓶；若U形管右端稀硝酸接触胶塞时，U形管中空气已被排净；
（2）稀硝酸与铜反应生成硝酸铜和NO和水，据此写出反应的离子方程式；
（3）NO为无色，用到空气后一氧化氮与氧气反应生成红棕色的二氧化氮，据此可检验NO．

解答 解：实验一：（1）浓硫酸具有强氧化性，能和铜反应，被铜还原为二氧化硫，所以产物有生成的硫酸铜、二氧化硫和水；书写化学方程式为：Cu+2H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O，铜的化合价升高2价失去两个电子，硫酸中硫的化合价降低2价得到两个电子，生成1mol二氧化硫转移2mol电子，现放出112mL气体（标准状况），生成n（SO₂）=$\frac{112×1{0}^{-3}L}{22.4L/mol}$=5×10^-3mol，转移5×10^-3mol×2=0.01mol电子，
故答案为：Cu+2H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O；0.01 mol；
（2）二氧化硫能和有色物质生成无色物质，二氧化硫能使品红溶液褪色，所以二氧化硫具有漂白性；但生成的无色物质不稳定，加热时会恢复原来的颜色，滤纸变红，
故答案为：蘸有品红溶液的滤纸条褪色；滤纸变红；
实验二：（1）在A中吸入一定量的空气，然后关闭K₁，打开止水夹K₂，使铜与稀硝酸反应生成的一氧化氮进入集气瓶，当U形管右端稀硝酸接触胶塞时，可以确定U形管中空气已被赶尽，
故答案为：关闭；U形管右端稀硝酸接触胶塞；
（2）稀硝酸与铜反应生成硝酸铜和NO，反应的离子方程式为：3Cu+8H⁺+2NO₃^-═3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O，
故答案为：3Cu+8H⁺+2NO₃^-═3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O；
（3）B中硝酸和铜反应生成NO，易与氧气反应，则将A中空气压入B中，会有红棕色气体生成，如果观察到红棕色，则说明生成NO而不是氢气，
故答案为：打开止水夹K₁，把注射器中的空气压入U形管中，若观察到D处气体变红棕色，则证明收集的是NO，而不是H₂．

点评 本题考查性质方案的设计，涉及铜和浓硫酸、浓硝酸的反应、SO₂、NO性质的检验以及尾气处理，该题是高考中的常见题型，属于中等难度的试题，试题综合性强，侧重对学生实验能力的培养和解题方法的指导，有助于培养学生规范、严谨的实验设计和评价能力．