Question

HNO₃与金属反应情况多种多样．为探究HNO₃性质，某兴趣小组作如下探究：
（1）用浓硝酸和水按照不同体积比配成不同浓度的硝酸溶液，各取10mL硝酸溶液分别与铜片反应，实验记录如下：

序号	浓硝酸与水的体积比	实验现象
Ⅰ	1：1	反应速率快，溶液很快变成蓝色，铜丝表面有大量气泡冒出，气体呈红棕色
Ⅱ	1：3	反应速率较快，溶液变成蓝色，铜丝表面有大量气泡冒出，气体无色
Ⅲ	1：5	反应速率慢，微热后速率加快，溶液变成蓝色，铜丝表面有气泡冒出，气体无色

制备NO气体最适宜的是实验Ⅱ，理由是

 

．为防止有毒气体逸散造成空气污染，该小组同学改进实验装置，如图1所示（夹持仪器略去）．安装好装置后，检查装置气密性操作

 

．
（2）盐酸对HNO₃氧化性有影响．浓硝酸与浓盐酸按1：3体积比混合所得混合液称王水，具有强氧化性．金溶于王水产生遇空气变色的气体，金转化为易溶性强酸H[AuCl₄]．请写出其离子方程式：

 

．
（3）与金属反应的过程中，HNO₃能被还原成多种含氮产物，如：NO₂、HNO₂、NO、N₂O、

 

、NH₂OH、

 

．
（4）HNO₃是一种强酸，与活泼金属反应时，HNO₃的还原产物中可能存在H₂，某兴趣小组设计实验，探究金属与稀HNO₃反应制取H₂的影响因素，其结果如图2所示．该实验中，金属与稀HNO₃反应产生H₂的影响因素：

 

、

 

．该兴趣小组设计以下实验，探究金属与HNO₃反应产生H₂的影响因素可供选择的试剂：Fe粉、Mg粉，HNO₃（0.1mol?L^-1、2.0mol?L^-1）

影响因素	实验步骤	实验结论
金属种类	两只烧瓶中各放入5g颗粒大小大致相同的Fe粉、Mg粉，分别加入    mol?L-1 HNO3溶液50mL，反应结束后，用气体分析仪测定气体中H2的体积分数	在该浓度的稀HNO3中，Mg能反应，   不反应，
HNO3浓度	两只烧瓶中各放入5g颗粒大小大致相同的Mg粉，分别加入   ，反应结束后，用气体分析仪测定气体中H2的体积分数	硝酸浓度   ，产生氢气越多．

Answer 1

考点：性质实验方案的设计,硝酸的化学性质

专题：实验设计题

分析：（1）制备NO气体最适宜的方案应该是反应速率较快，制得的气体是一氧化氮的方案；根据大气压强原理来检验装置的气密性；
（2）据N化合价下降的规律得出含氮元素的物质；
（3）根据题中信息，王水与金的反应中，反应物为金、硝酸根离子、氢离子、氯离子，生成物为AuCl₄^-、NO和水，据此写出反应的离子方程式；
（4）看图分析答题；金属与HNO₃反应是放热反应，温度也会影响金属与HNO₃反应产生H₂，故要降温，选择实验方法．

解答： 解：（1）依据上表，实验Ⅱ的产物是NO，且反应速率较快（不用加热），所以制备NO气体最适宜的是实验Ⅱ，关闭旋塞C，从B管上端加入水，若观察到A、B间形成液面差，且保持不变，说明装置的气密性良好，故答案为：产物是NO，反应速率较快（不用加热）；A、B间形成液面差，且保持不变；
（2）据N化合价下降的规律得出，空格的两个依次为0价和-3价，故物质为：N₂、NH₄⁺（或硝酸铵NH₄NO₃），
故答案为：N₂、NH₄⁺（或硝酸铵NH₄NO₃）；
（3）由题中信息可知，金与王水反应的离子方程式为：4H⁺+NO₃^-+Au?NO+Au³⁺+2H₂O、Au³⁺+4Cl^-=AuCl₄^-，反应的总离子方程式为：Au+4H⁺+NO₃^-+4Cl^-=NO↑+AuCl₄^-+2H₂O，
故答案为：Au+4H⁺+NO₃^-+4Cl^-=NO↑+AuCl₄^-+2H₂O；
（4）看图中受硝酸浓度和金属种类影响；HNO₃的浓度有两种：0.1mol?L^-1、2.0mol?L^-1，看图可知：HNO₃的浓度大于0.50mol?L^-1时，铁不反应，故选HNO₃的浓度2.0mol?L^-1；两只烧瓶中各放入5g颗粒大小大致相同的Mg粉，即为金属相同，当然选不同浓度的硝酸来实验，看图得到实验结论为硝酸浓度越稀，产生氢气越多；金属与HNO₃反应是放热反应，温度也会影响金属与HNO₃反应产生H₂，故要降温，选择冷水浴中进行实验．
故答案为：硝酸的浓度、金属的种类；2.0；Fe粉；0.1mol?L^-1HNO₃、2.0mol?L^-1HNO₃；越小．

点评：本题考查离子方程式的书写、看图分析能力，题目难度中等，注意掌握离子方程式的书写方法，试题培养了学生的看图分析、理解能力．