Question

某研究性学习小组设计不同实验方案来研究硝酸的性质．
（1）甲组同学设计如图装置来证实稀硝酸与铜反应，步骤如下．
A、检验50ml针筒的气密性．
B、抽出活栓，往针筒内放入一小块铜片，把针筒活栓推到底，将针筒下端玻璃管浸入蒸馏水中，抽拉活栓，吸入约10mL蒸馏水，发现针筒内仍有空气，然后______．
C、将针筒下端玻璃管浸入浓硝酸中，抽拉活栓，缓缓吸入4mL浓硝酸，将针筒下端套上橡皮管，然后用铁夹夹住．
回答以下相关问题：
①B中应补充的操作是______．
②一段时间后在针筒内观察到溶液颜色为蓝色，有______色气体产生．该反应的离子方程式为______．
③反应停止后，针筒内产生了气体，要验证产生的气体是NO，还需进一步进行的操作是______．
（2）乙组同学也用此装置直接抽取浓硝酸和铜反应，发现溶液是绿色的，为了探究绿色的原因，乙组同学又做了三组对比实验，具体如下：

组	m（Cu）/g	硝酸（过量）	溶液颜色
A	1	浓HNO3（4mL）	溶液为绿色
	1	稀HNO3（4mL）	溶液为蓝色
B	0.5	浓HNO3（4mL）	溶液为绿色
	1	稀HNO3（4mL）	溶液为蓝色
C	2	浓HNO3（4mL）	溶液为绿色
	1	稀HNO3（4mL）	溶液为蓝色

根据乙组同学三组对比实验回答问题：
①一种观点认为：这可能是Cu²⁺浓度差异的结果，你同意这种看法吗？（填“同意”或“不同意”）______，原因是______．（结合表格信息加以阐述）
②另一种观点认为：溶液呈绿色是铜与浓硝酸反应时产生的NO₂溶于过量浓硝酸显黄色，加上和蓝色的硝酸铜溶液混在一起，使溶液呈绿色．为了验证推断是否正确，三位同学分别设计了三种方案，并进行验证：
方案一：将绿色溶液转移至试管，并给试管加热片刻，立即看到大量红棕色气体产生．认为该气体一定是溶解在溶液中的NO₂，但也有同学持有异议．请分析原因______．
方案二：用双氧水和二氧化锰制得氧气，并把氧气缓缓通入绿色溶液中，观察溶液颜色变为蓝色．请用方程式表示溶液颜色变化的反应原理______．
方案三：往蓝色溶液中缓缓通入NO₂气体，溶液颜色变绿色．
③从环保的角度看，你认为三个方案中最好的是哪一个______．

Answer 1

解：（1）因空气不溶于水，要排尽空气，可以通过把朝上针筒倒放，故答案为：针头朝上倒放；
①为将针筒内气体排除，应推活栓，使针头内充满水，故答案为：推活栓，使针头内充满水；
②硝酸具有强氧化性，能氧化单质铜生成硝酸铜，溶液呈蓝色，生成无色气体NO，反应的离子方程式为3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O，
故答案为：无色；3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O；
③要验证NO，可利用其极易被氧气氧化生成红棕色二氧化氮来实现，方法是往针筒内抽气，气体由无色变红棕色，
故答案为：往针筒内抽气，气体由无色变红棕色；
（2）①因为反应中硝酸过量，而铜的质量也是相等的，即生成的硝酸铜的浓度是相同的，
故答案为：不同意；相同质量的铜与相同体积且过量的硝酸反应生成的铜离子浓度相同；
②硝酸是不稳定的，在加热的条件下，硝酸也会分解生成二氧化氮，二氧化氮和与氧气反应生成硝酸，反应的方程式为4NO₂+O₂+2H₂O=4HNO₃，
故答案为：过量的硝酸分解会产生红棕色的NO₂；4NO₂+O₂+2H₂O=4HNO₃；
③方案一和三均引起环境污染，说以方案二是最好的，故答案为：方案二．
分析：（1）要排尽空气，可以通过把针筒倒放，然后推动活塞即可；硝酸具有强氧化性，能氧化单质铜生成硝酸铜，溶液呈蓝色，要验证NO，可利用其极易被氧气氧化生成红棕色二氧化氮来实现；
（2）因为反应中硝酸过量，而铜的质量也是相等的，即生成的硝酸铜的浓度是相同的，说以不可能是因为浓度差异引起，由于硝酸过量，而硝酸是不稳定的，在加热的条件下，硝酸也会分解生成二氧化氮，在氧气的作用下，生成硝酸，由于消耗了二氧化氮，所以溶液颜色显蓝色，根据原理可知方案1和3均引起环境污染，说以方案2是最好的．
点评：本题以硝酸与铜的反应为载体，综合考查学生实验设计和探究能力，涉及HNO₃的性质、物质验证性实验设计，利用对比的方法判断硝酸的性质，题目难度中等，是对基础知识与学生综合能力的考查，理解原理与各装置作用是解题的关键．