Question

9．某学习小组探究浓、稀硝酸氧化性的相对强弱，按下图装置进行实验（夹持仪器已略去）．实验表明浓硝酸能将NO氧化成NO₂，而稀硝酸不能氧化NO．由此得出的结论是浓硝酸的氧化性强于稀硝酸．

可选药品：浓硝酸、3mol•L^-1稀硝酸、蒸馏水、浓硫酸、氢氧化钠溶液及二氧化碳．
已知：氢氧化钠溶液不与NO反应，能与NO₂反应：2NO₂+2NaOH═NaNO₂+NaNO₃+H₂O
（1）实验应避免有害气体排放到空气中，装置③、④、⑥中盛放的药品依次是3mol/L稀硝酸、浓硝酸、氢氧化钠溶液．
（2）滴加浓硝酸之前的操作是检验装置的气密性，加入药品，打开弹簧夹后通入CO₂一段时间，关闭弹簧夹，将装置⑤中导管末端伸入倒置的烧瓶内．
（3）装置①中发生反应的化学方程式是Cu+4HNO₃（浓）=Cu（NO₃）₂+2NO₂↑+2H₂O．
（4）装置②发生反应的化学方程式是3NO₂+H₂O═2HNO₃+NO．
（5）该小组得出结论的实验现象是装置③中液面上方气体仍为无色，装置④中液面上方气体由无色变为红棕色．
（6）实验结束后，同学们发现装置①中溶液呈绿色，而不显蓝色．甲同学认为是该溶液中硝酸铜的质量分数较高所致，而乙同学认为是该溶液中溶解了生成的气体．同学们分别设计了以下4个实验来判断两种看法是否正确．这些方案中可行的是a、c、d（选填序号字母）．
a．加热该绿色溶液，观察颜色变化
b．加水稀释绿色溶液，观察颜色变化
c．向该绿色溶液中通入氮气，观察颜色变化
d．向饱和硝酸铜溶液中通入浓硝酸与铜反应产生的气体，观察颜色变化．

Answer 1

分析 验证浓硝酸的氧化性，应首先检查装置的气密性，硝酸与铜发生反应生成二氧化氮，通入水后生成一氧化氮，然后通过浓硝酸，如无色气体生成红棕色气体，可证明硝酸具有氧化性，可氧化一氧化氮，生成的气体不能直接排放到空气中，应有尾气处理装置，以此解答该题．
（1）根据装置特点和实验目的判断；
（2）根据空气造成的影响确定如何实施操作；同时根据一氧化氮的性质判断装置⑤的操作；
（3）根据铜和浓硝酸的性质结合实验现象判断产物，从而确定反应方程式；
（4）根据实验现象结合二氧化氮的性质书写反应方程式；
 （5）根据对比实验③、④的实验现象判断；
（6）根据是否改变溶液中硝酸铜的质量分数或溶解气体的浓度判断；

解答 解：（1）根据装置特点和实验目的，装置⑤是收集NO，装置⑥中盛放NaOH溶液吸收NO₂防止污染大气；因为要验证稀HNO₃不能氧化NO，所以装置③中应该盛放稀硝酸．
故答案为：3mol/L稀硝酸、浓硝酸、氢氧化钠溶液；
（2）由于装置中残存的空气能氧化NO而对实验产生干扰，所以滴加浓HNO₃之前需要通入一段时间CO₂赶走装置中的空气，同时也需将装置⑤中导管末端伸入倒置的烧瓶内防止反应产生的NO气体逸出．
故答案为：通入CO₂一段时间，关闭弹簧夹，将装置⑤中导管末端伸入倒置的烧瓶内；
（3）装置①中发生反应为Cu与浓HNO₃反应生成Cu（NO₃）₂、NO₂、H₂O，反应方程式为Cu+4HNO₃（浓）=Cu（NO₃）₂+2NO₂↑+2H₂O，
故答案为：Cu+4HNO₃（浓）=Cu（NO₃）₂+2NO₂↑+2H₂O；
（4）装置②中盛放H₂O，使NO₂与H₂O反应生成NO：3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO，
故答案为：3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO；
 （5）NO通过稀HNO₃溶液后，若无红棕色NO₂产生，说明稀HNO₃不能氧化NO，所以盛放稀HNO₃装置的液面上方没有颜色变化即可说明之．装置④中盛放的是浓HNO₃，若浓HNO₃能氧化NO则装置④液面的上方会产生红棕色气体．
故答案为：装置③中液面上方气体仍为无色，装置④中液面上方气体由无色变为红棕色；
（6）要证明是Cu（NO₃）₂浓度过高或是溶解了NO₂导致装置①中溶液呈绿色，一是可设计将溶解的NO₂赶走（a、c方案）再观察颜色变化，二是增大溶液中NO₂浓度（d方案），通过观察颜色变化可以判断．
故选a c d．

点评 本题主要考查HNO₃的性质、属物质验证性实验设计，利用对比的方法判断硝酸的性质．结合已知的物质具有的性质，选择合适的试剂，设计具体实验方案验证物质是否具有该性质．对有毒气体要设计尾气处理装置，防止污染环境．