Question

已知硝酸铜溶液颜色为蓝色．某学校化学课外小组同学们在做铜与浓硝酸、稀硝酸反应的实验中，发现铜和浓硝酸反应后溶液为绿色且有红棕色气体产生，而铜和稀硝酸反应后溶液为蓝色，产生无色气体．为弄清反应后溶液颜色出现差异的原因，他们进行了实验探究．
【实验】在两支试管中各放入一小块等质量的铜片，分别加入等体积的浓HN0₃（14mol/L）和稀HN0₃（4mol/L），立即用蘸有NaOH的棉花封住试管口．充分反应后铜均无剩余．
（1）Cu与浓HNO₃反应的离子方程式

 

（2）用蘸有NaOH的棉花封住试管口的原因

 

已知NO₂与NaOH溶液反应中，其中NO₂的还原产物是亚硝酸盐（NO₂^-）写出反应的化学反应式

 

，
【提出假设】假设一、因为铜离子浓度大造成的．
假设二、溶液呈绿色是因为铜与浓硝酸反应时产生的二氧化氮溶于过量浓硝酸，加上和蓝色的硝酸铜溶液混在一起，使溶液呈绿色．
【设计实验方案，验证假设】
（3）上述实验

 

（“能”或“不能”）证明假设一不成立，原因

 

（4）甲同学设计实验验证假设二，请帮他完成下表中内容（提示：NO₃^-在不同条件下的还原产物较复杂，有时难以观察到气体产生）

实验步骤	预期现象和结论
①取铜与浓硫酸反应所得的绿色溶液于试管中，多次震荡，静置 ②取铜与稀硝酸反应所得的蓝色溶液通NO2气体 ③	溶液颜色由绿色转变为深蓝色，证明假设二成立 蓝色溶液变成绿色，证明假设二成立

【分析推理】
（5）铜和稀硝酸反应后溶液为蓝色的原理

 

．

Answer 1

分析：（1）硝酸具有强氧化性，可与铜反应生成硝酸铜和二氧化氮气体；
（2）二氧化氮可与氢氧化钠反应，为避免二氧化氮对空气的污染，应用碱液处理；
（3）铜的质量相同，溶液体积相等，完全反应生成硝酸铜的浓度应相同；
（4）要证明是Cu（NO₃）₂浓度溶解了NO₂导致装置溶液呈绿色，一是可设计将溶解的NO₂赶走再观察颜色变化．二是在Cu（NO₃）₂溶液通入二氧化氮观察溶液的颜色变化；
（5）铜和稀硝酸反应生成硝酸铜和一氧化氮．

解答：解：（1）硝酸具有强氧化性，可与铜反应生成硝酸铜和二氧化氮气体，反应的离子方程式为Cu+4H⁺+2NO₃^-=Cu²⁺+2NO₂↑+2H₂O，
故答案为：Cu+4H⁺+2NO₃^-=Cu²⁺+2NO₂↑+2H₂O；
（2）二氧化氮可与氢氧化钠反应，为避免二氧化氮对空气的污染，应用碱液处理，反应的化学方程式为2NO₂+2NaOH=NaNO₃+NaNO₂ +H₂O，
故答案为：防止污染环境； 2NO₂+2NaOH=NaNO₃+NaNO₂ +H₂O；
（3）铜的质量相同，溶液体积相等，完全反应生成硝酸铜的浓度应相同，则可证明实验假设一步正确，
故答案为：能；充分反应后两试管的Cu（NO₃）₂溶液物质的量浓度相等；
（4）要证明是Cu（NO₃）₂浓度溶解了NO₂导致装置溶液呈绿色，一是可设计将溶解的NO₂赶走再观察颜色变化．二是在Cu（NO₃）₂溶液通入二氧化氮观察溶液的颜色变化，
故答案为：取Cu 与浓HNO₃反应后的绿色溶液，向其中通入足量的空气； 溶液的颜色由绿色逐渐变为蓝绿色，最终变为蓝色．
（5）铜和稀硝酸反应生成硝酸铜和一氧化氮，没有溶解二氧化氮，则为蓝色，
故答案为：Cu 与稀HNO₃ 反应后生成无色的NO和Cu（NO₃）₂ 溶液，故溶液为蓝色．

点评：本题主要考查HNO₃的性质、属物质验证性实验设计，侧重于学生的分析能力和实验能力的考查为高考常见题型，利用对比的方法判断硝酸的性质，物质验证性实验方案的设计如下：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．