Question

5．甲同学采用如图Ⅰ所示装置验证铜与稀硝酸的反应，并用排水法收集NO气体．
（1）写出试管a中铜与稀硝酸发生反应的离子方程式3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O．
（2）乙同学认为甲虽然收集到的气体为一氧化氮，但并不能说明反应中一定生成一氧化氮．他的理由是在铜和稀硝酸反应容器的上部看到了红棕色气体．
（3）丙同学釆用如图Ⅱ所示装置进行实验，证明了铜与稀硝酸反应生成一氧化氮．该同学的步骤如下表所示，请将表格中的实验现象填完整．

实验步骤	问题
1．从U型管左端加入稀硝酸直至充满U型管右端	/
2．用附有铜丝的胶塞塞住U型管右端，观察现象	U型管右端产生无色气体，溶液变蓝色
3．待反应停止后打开胶塞，观察实验现象	现象是无色气体与空气接触后立即变成红棕色

（4）丁同学认为丙的实验存在缺陷．用图Ⅲ所示装置代替图Ⅱ中U型管右端的附有铜丝的胶塞进行实验，待反应停止后将一氧化氮气体排入分液漏斗中，观察到的实验现象与丙同学实验的第3步骤的相同．丁同学要将一氧化氮气体排入分液漏斗中应进行的正确操作是①拿下分液漏斗瓶塞②慢慢打开分液漏斗的活塞③待液面与胶塞接触时立即关闭活塞．
（5）若将32g铜与175mL一定浓度的硝酸巧合完全反应，只产生NO和NO₂气体共16.8L（标准状况时体积），该硝酸的物质的量浓度为10mol•L^-1．

Answer 1

分析 （1）根据铜与稀硝酸的反应写出相应的反应方程式3Cu+8HNO₃=3Cu（NO₃ ） ₂+2NO↑+4H₂O，再改写成离子反应方程式；
（2）根据观察到的现象确定并写出反应方程式；
（3）根据生成物的颜色推断现象；根据一氧化氮的性质推断现象；
（4）丙同学实验存在一定的缺陷，生成的NO进入空气中污染大气，同时生成的红棕色NO₂被空气稀释颜色较浅，效果不明显，故丁同学用分液漏斗代替，可以缓冲空气稀释生成的NO2气体，效果明显，操作时只要将分液漏斗的瓶塞打开即可；
（5）溶解的Cu为32g，物质的量为32g÷64g/mol=0.5mol，标况下产生NO和NO₂气体共16.8L，气体的物质的量为16.8L÷22.4L/mol=0.75mol，结合原子守恒可计算参加反应的硝酸的物质的量，再根据c=n/V，计算硝酸溶液的物质的量浓度．

解答 解：（1）铜和稀硝酸反应的方程式为：3Cu+8HNO₃=3Cu（NO₃ ） ₂+2NO↑+4H₂O，则发生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；
（2）一氧化氮不稳定，和空气中的氧气在容器的上部反应生成红棕色的二氧化氮气体，反应方程式为2NO+O₂=2NO₂．
故答案为：在铜和稀硝酸反应容器的上部看到了红棕色气体；
（3）3、一氧化氮不稳定，和空气中的氧气反应生成红棕色的二氧化氮气体，所以在与空气接触后立即变成红棕色．
故答案为：无色气体与空气接触后立即变成红棕色；
（4）无色气体与空气接触后立即变成红棕色，所以与第3步相同；利用外界大气压把溶液压入试管中，所以要打开分液漏斗上部的塞子；使分液漏斗内的溶液进入试管，还要慢慢打开分液漏斗的活塞；防止生成的一氧化氮污染大气，所以待液面与胶塞接触时立即关闭活塞，故答案为：3；拿下分液漏斗瓶塞；
（5）溶解的Cu为32g，物质的量为32g÷64g/mol=0.5mol，则生成0.5molCu（NO₃）₂，需要消耗硝酸的物质的量为0.5mol×2=1mol，标况下产生NO和NO₂气体共16.8L，气体的物质的量为16.8L÷22.4L/mol=0.75mol，则被还原的硝酸的物质的量为0.75mol，结合原子守恒参加反应的硝酸的物质的量为1mol+0.75mol=1.75mol，根据c=n/V，硝酸溶液的物质的量浓度为$\frac{1.75mol}{0.175L}$=10mol/L，故答案为：10mol/L．

点评 本题以硝酸的性质为载体考查了氧化还原反应的有关计算，本题计算量较大，所以计算时要认真、仔细，否则容易出错；要注意反应中部分硝酸参加氧化还原反应，运用原子守恒的解题方法较方便．