Question

某校课外实验小组进行铜与浓、稀硝酸反应的实验研究。基本原则是：安全可靠、现象明显，符合环保要求。

如果用图Ⅰ中装置进行铜与浓硝酸反应的实验，最大缺点是产生的NO₂气体逸出污染空气；如果用该装置来证明铜与稀硝酸反应生成NO气体，缺点是不易观察到有毒性的NO气体无色的本来面目。

（1）若用装置Ⅱ进行实验，既可克服实验不足，还能使上述反应在同一试管中连续进行。实验如下：组装好装置并检查气密性后，加入2 mL浓硝酸（铜片未接触酸液），塞紧胶塞；向左倾斜试管使其反应发生，当导管口有极少量红棕色气体逸出，溶液呈绿色时，正立试管，使反应停止；同时将导管插入水中，稍后能观察到：a.水沿导管倒吸至试管中，b.________________，c. ________________等明显现象。其中发生的原因用方程式表示为：_________________________________________________________。

（2）当试管中液体体积约占1/2时，从水中取出导管，并伸入一小试管中，管口塞上浸有碱液的棉花（如图Ⅲ）。这样做的目的是：________________，此时大试管中反应的离子方程式为：________________________________________________。

（3）若用右上图Ⅳ所示的装置（U形管、干燥管、A为活塞）制取NO可能更加理想。请补充下列实验步骤：

①检查装置的气密性的方法是：________________________________________________。

②打开活塞A，从U形管右端注入稀硝酸，直到________________________为止。

③关闭活塞A，若反应缓慢，可在U形管左侧加热，观察到____________________。

Answer 1

（1）试管内颜色由红棕色变为无色  铜丝表面产生气泡  3NO₂+H₂O====2HNO₃+NO

（2）防止刺激性和有毒气体污染空气  3Cu+8H⁺+2====3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O（3）①关闭活塞A，向U形管长管一端加入水至液面高于短管，静置，一段时间后如果液面高度差不变，则气密性好  ②液面到达活塞A处（U形短管内无气柱）  ③铜丝上有气泡冒出，生成无色气体，U形管左端液面下落（第3小题的第1、3两空每空2分，其余每空1分）

解析:

本题关键是铜与浓稀硝酸反应产生不同的有毒有害气体，反应原理：Cu+4HNO₃（浓）====Cu（NO₃）₂+2NO₂↑（红棕色）+2H₂O；3Cu+8HNO₃（稀）====3Cu（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O。由图Ⅰ装置进行制取NO，缺点很多，污染环境。由图Ⅱ装置完成该实验时，因Cu与浓硝酸反应，在铜丝表面冒出气泡，还生成大量的红棕色气体NO₂，Cu（NO₃）₂溶液呈绿色。当停止反应后将导管插入水中，NO₂与H₂O反应迅速减小试管内的压强，就会有倒吸现象，使水进入大试管中，反应继续进行。当水上升到1/2时，取出导管伸入一支带有碱液棉花的小试管，碱液吸收NO气体，防止污染空气。这样的操作较烦琐，难免有极少量NO₂、NO气体逸出。可以用图Ⅳ装置制取NO更加绿色化。操作步骤如下：①关闭活塞A，向U形管长管一端加水至液面高于短管，静置，如果长管与短管液面高度之差不变化，说明U形管的气密性好。②打开活塞A，从短管注入稀硝酸，直到液面到达活塞A处（U形管短管一端无气柱）为止。③关闭活塞A，观察到铜网表面上有气泡冒出，同时生成无色气体，也就是NO气体，U形管长管内的液面逐渐下降。