Question

在简易气体发生器中可观察到铜和硝酸反应的振荡现象。

实验装置如下图：

实验步骤如下：

在实验装置的隔板上铺一层铜粒，打开A、B阀门，通入氧气，排除空气。关闭A、B阀，撤去氧气源。在漏斗中加入预先量好的硝酸，体积等于V（见上图），刚够淹没铜粒。先打开B阀，再打开A阀，让硝酸顺着漏斗颈流入试管，当硝酸与铜粒接触时马上关闭A阀。细心观察漏斗颈（以下称内管）中液面高低和试管（以下称外管）中溶液颜色及液面上方气体颜色的变化。

（1）描述观察到的实验现象

①_______________________________________________________________。

②_______________________________________________________________。

③_______________________________________________________________。

（2）写出实验过程中发生反应的化学方程式

①_______________________________________________________________。

②_______________________________________________________________。

③_______________________________________________________________。

（3）如果测得反应开始时液封内的气体体积是V₁，反应结束后液封内的气体体积是V₂（气体体积均已换算成标准状况），则反应后生成硝酸铜的物质的量是____________mol。

Answer 1

（1）①外管中的液面下降，内管中的液面上升，然后反复进行，直至反应停止（即产生振荡现象）

②外管中有气体产生，液面上出现棕红色气体，然后消失，再产生再消失，直至反应停止（即产生振荡现象）

③外管中溶液变为蓝色

（2）①3Cu+8HNO₃（稀）====3Cu（NO₃）+2NO↑+4H₂O

②2NO+O₂====2NO₂

③3NO₂+2H₂O====2HNO₃+NO

（3）（4V₁+3V₂）/44. 8

解析：铜与硝酸反应时，生成一氧化氮气体，气体聚集于试管上方，于是将硝酸压入内管，暂时停止反应。由于外管中的NO、O₂和H₂O发生反应，致使气体的压强减小，外管内液面又上升，与铜再次接触，于是又发生反应，生成的NO再与O₂和水反应，如此循环往复，直到硝酸消耗完全。从整个过程看，外管内的液面上升、下降，上升、下降，如此反复，就产生了振荡现象。

要计算生成硝酸铜的物质的量，必须弄清反应后液面上方的气体的组成。由于铜和硝酸都是足量的，所以最后的气体应为一氧化氮。也就是说，发生的反应有两种类型：2Cu+4HNO₃+O₂====2Cu(NO₃)₂+2H₂O，3Cu+8HNO₃====3Cu(NO₃)₂+2NO↑+4H₂O，第一个反应，可以利用O₂的体积为V₁，求出Cu(NO₃)₂的物质的量为V₁/11.2 mol；第二个反应中，可利用NO的体积为V₂，求出Cu(NO₃)₂的物质的量为3V₁/44.8 mol，从而得出生成Cu(NO₃)₂的物质的量共为（4V₁+3V₂）/44.8 mol。