Question

甲同學(xué)釆用如圖Ⅰ所示裝置驗(yàn)證銅與稀硝酸的反應(yīng)，并用排水法收集NO氣體

（1）寫(xiě)出試管內(nèi)溶液中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式

3Cu+8HNO₃=3Cu（NO₃ ） ₂+2NO↑+4H₂O

（2）在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中觀察到試管內(nèi)的溶液呈

綠

色；收集氣體的試管內(nèi)的氣體呈

無(wú)

色
（3）乙同學(xué)認(rèn)為甲雖然收集到的氣體是一氧化氮，但并不能說(shuō)明反應(yīng)中一定生成一氧化氮．他的理由是

在銅和稀硝酸反應(yīng)容器的上部看到了紅棕色氣體

在銅和稀硝酸反應(yīng)容器的上部看到了紅棕色氣體

有關(guān)化學(xué)方程式為：

2NO+O₂=2NO₂

（4）丙同學(xué)釆用如圖Ⅱ所示裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，證明了銅與稀硝酸反應(yīng)生成一氧化氮．該同學(xué)的步驟如下表所示，請(qǐng)回答實(shí)驗(yàn)中的有關(guān)問(wèn)題．

實(shí)驗(yàn)步驟	問(wèn)題
1從U型管左端加入稀硝酸直至充滿U型管右端	∥/
2用附有銅絲的膠塞塞住U型管右端，觀察現(xiàn)象	現(xiàn)象是 有無(wú)色氣體產(chǎn)生，右邊溶液逐漸變成綠色
3待反應(yīng)停止后打開(kāi)膠塞，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象	現(xiàn)象是 無(wú)色氣體與空氣接觸后立即變成紅棕色

（5）從環(huán)保的角度看，丙同學(xué)的實(shí)驗(yàn)存在的缺陷是

將氮氧化合物放入空氣中會(huì)污染環(huán)境

．
（6）丁同學(xué)用圖Ⅲ所示裝置代替圖Ⅱ中U型管右端的附有銅絲的膠塞進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，待反應(yīng)停止后將一氧化氮?dú)怏w排入分液漏斗中，觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與丙同學(xué)實(shí)驗(yàn)的第

3

步驟的相同．丁同學(xué)要將一氧化氮?dú)怏w排入分液漏斗中應(yīng)進(jìn)行的正確操作是①

打開(kāi)分液漏斗上部的塞子

②

慢慢打開(kāi)分液漏斗的活塞

③

待液面與膠塞接觸時(shí)立即關(guān)閉活塞

（7）實(shí)驗(yàn)結(jié)束后丁同學(xué)向分液漏斗中注入適量水并充分振蕩，試寫(xiě)出發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)方程式

3NO₂+H₂O=2 HNO₃+NO

（8）若將32.64g銅與140mL一定濃度的硝酸反應(yīng)，銅完全溶解，產(chǎn)生的NO和NO₂混合氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為11.2L（不考慮NO₂的反應(yīng)），試回答：
①若銅與硝剛好反應(yīng)完全，則原硝酸溶液的物質(zhì)的量濃度為

10.86mol﹒L^-1

②將產(chǎn)生的氣體全部釋放后，向溶液中加入VmL　amol?L^-1的NaOH溶液，恰好使溶液中的Cu²⁺全部轉(zhuǎn)化為沉淀，則原硝酸溶液的物質(zhì)的量濃度為

10-3a﹒V +0.5

0.14

mol/L

③已知NO和NO₂的混合氣與足量氧氣混合后能被水完全吸收成硝酸，則要使上述11.2L氣體完全被水吸收成硝酸，理論上需消耗標(biāo)準(zhǔn)狀況下的氧氣

5.71

升．（保留兩位小數(shù)）；解題過(guò)程：

設(shè)生成的一氧化氮為xmol，二氧化氮為ymol．
3Cu+8HNO₃=3Cu（NO₃ ） ₂+2NO↑+4H₂O
3 2
1.5xmol xmol
Cu+4HNO₃（濃）=Cu（NO₃ ） ₂+2NO₂↑+2H₂O
1 2

1

2

ymol．ymol．

所以方程組為

x+y=0.5 1.5xmol+ 1 2   y=0.51

所以

x=0.26 y=0.24

即一氧化氮為0.26mol，二氧化氮為0.24mol．
4NO+2H₂O+3O₂=4HNO₃
4 3
0.26mol 0.195mol
4 NO₂+2H₂O+O₂=4HNO₃
41
0.24mol 0.06mol
所以需要氧氣0.195mol+0.06mol=0.255mol，體積為0.255mol×22.4L/mol=5.71L

．

Answer 1

分析：（1）根據(jù)銅與稀硝酸的反應(yīng)寫(xiě)出相應(yīng)的反應(yīng)方程式；
（2）根據(jù)銅離子、一氧化氮的顏色分析；
（3）根據(jù)觀察到的現(xiàn)象確定并寫(xiě)出反應(yīng)方程式；
（4）根據(jù)生成物的顏色推斷現(xiàn)象；根據(jù)一氧化氮的性質(zhì)推斷現(xiàn)象；
（5）根據(jù)氮氧化物的性質(zhì)分析；
（6）①根據(jù)氮原子守恒用氣體的物質(zhì)的量計(jì)算硝酸的物質(zhì)的量；
②根據(jù)生成的氣體計(jì)算參加氧化還原反應(yīng)的硝酸，根據(jù)氫氧化鈉計(jì)算未參加氧化還原反應(yīng)的硝酸，這兩部分硝酸即為參加反應(yīng)的硝酸，然后根據(jù)濃度公式計(jì)算．
③根據(jù)銅和氣體的量列方程組計(jì)算生成的一氧化氮、二氧化氮的物質(zhì)的量，再根據(jù)一氧化氮、二氧化氮與氧氣反應(yīng)的關(guān)系計(jì)算氧氣的體積．

解答：解：（1）銅和稀硝酸反應(yīng)的方程式為：3Cu+8HNO₃=3Cu（NO₃ ） ₂+2NO↑+4H₂O，
故答案為：3Cu+8HNO₃=3Cu（NO₃ ） ₂+2NO↑+4H₂O；
（2）銅離子濃度大時(shí)，溶液呈綠色，所以觀察到溶液呈綠色；一氧化氮?dú)怏w是無(wú)色氣體，且不溶于水，所以觀察到收集的氣體是無(wú)色的．
故答案為：綠色；無(wú)色；
（3）一氧化氮不穩(wěn)定，和空氣中的氧氣在容器的上部反應(yīng)生成紅棕色的二氧化氮?dú)怏w，反應(yīng)方程式為2NO+O₂=2NO₂．
故答案為：在銅和稀硝酸反應(yīng)容器的上部看到了紅棕色氣體；2NO+O₂=2NO₂；
（4）2、銅離子濃度大時(shí)，溶液呈綠色，所以觀察到溶液呈綠色；一氧化氮?dú)怏w是無(wú)色氣體，且不溶于水，所以觀察到收集的氣體是無(wú)色的．
3、一氧化氮不穩(wěn)定，和空氣中的氧氣反應(yīng)生成紅棕色的二氧化氮?dú)怏w，所以在與空氣接觸后立即變成紅棕色．
故答案為：有無(wú)色氣體產(chǎn)生，右邊溶液逐漸變成綠色；無(wú)色氣體與空氣接觸后立即變成紅棕色；
（5）一氧化氮、二氧化氮都是有毒的氣體，不能直接排空，污染大氣，故答案為：將氮氧化合物放入空氣中會(huì)污染環(huán)境；
（6）無(wú)色氣體與空氣接觸后立即變成紅棕色，所以與第3步相同；利用外界大氣壓把溶液壓入試管中，所以要打開(kāi)分液漏斗上部的塞子；使分液漏斗內(nèi)的溶液進(jìn)入試管，還要慢慢打開(kāi)分液漏斗的活塞；防止生成的一氧化氮污染大氣，所以待液面與膠塞接觸時(shí)立即關(guān)閉活塞．
故答案為：3；打開(kāi)分液漏斗上部的塞子；慢慢打開(kāi)分液漏斗的活塞；待液面與膠塞接觸時(shí)立即關(guān)閉活塞；
（7）二氧化氮和水反應(yīng)生成硝酸和一氧化氮，3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO，故答案為：3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO；
（8）①無(wú)論一氧化氮還是二氧化氮，一個(gè)分子中都含有一個(gè)氮原子，一個(gè)硝酸分子中含有一個(gè)氮原子，所以氣體的物質(zhì)的量與參加氧化還原反應(yīng)的硝酸的物質(zhì)的量相等．
 HNO₃--NOx
  1mol      22.4L 
 0.5mol     11.2L
所以參加氧化還原反應(yīng)硝酸的物質(zhì)的量為 0.5mol．
起酸作用硝酸的物質(zhì)的量為：
3Cu--6HNO₃--3Cu（NO₃ ） ₂
3mol        6mol

32.64g

64g/mol

   1.02mol
所以起酸作用硝酸的物質(zhì)的量為：1.02mol，故參加反應(yīng)的硝酸的物質(zhì)的量為 0.5mol+1.02mol=1.52mol  
所以硝酸的濃度為

1.52mol

0.14L

=10.86mol﹒L^-1
故答案為：10.86mol﹒L^-1；
②通過(guò)①知，生成氣體消耗的硝酸的物質(zhì)的量為0.5mol
向溶液中加入VmL　amol?L^-1的NaOH溶液，恰好使溶液中的Cu²⁺全部轉(zhuǎn)化為沉淀時(shí)，未參加氧化還原反應(yīng)的硝酸根離子全部轉(zhuǎn)化為硝酸鈉中的硝酸根離子，根據(jù)原子守恒，硝酸、硝酸根離子、硝酸鈉、氫氧化鈉之間的關(guān)系式
HNO_3--NO₃^-_--NaNO_3--NaOH
1mol                     1mol
10^-3a﹒Vmol               10^-3a﹒Vmol
所以為參加氧化還原反應(yīng)的硝酸的物質(zhì)的量為10^-3a﹒Vmol
所以反應(yīng)的硝酸的物質(zhì)的量為10^-3a﹒Vmol+0.5mol
所以原硝酸的濃度為

10-3a﹒Vmol +0.5mol

0.14L

=

10-3a﹒V+0.5

0.14

mol/L
故答案為：

10-3a﹒V +0.5

0.14

mol/L；
③設(shè)生成的一氧化氮為xmol，二氧化氮為ymol．
3Cu+8HNO₃=3Cu（NO₃ ） ₂+2NO↑+4H₂O
3                       2
1.5xmol                 xmol                      
Cu+4HNO₃（濃）=Cu（NO₃ ） ₂+2NO₂↑+2H₂O
1                           2

1

2

 ymol．ymol．

所以方程組為

x+y=0.5 1.5xmol+ 1 2   y=0.51

所以

x=0.26 y=0.24

即一氧化氮為0.26mol，二氧化氮為0.24mol．
    4NO+2H₂O+3O₂=4HNO₃
    4        3
0.26mol    0.195mol
4 NO₂+2H₂O+O₂=4HNO₃
4         1    
0.24mol   0.06mol
所以需要氧氣0.195mol+0.06mol=0.255mol，體積為0.255mol×22.4L/mol=5.71L，
故答案為：5.71．

點(diǎn)評(píng)：本題以硝酸的性質(zhì)為載體考查了氧化還原反應(yīng)的有關(guān)計(jì)算，本題計(jì)算量較大，所以計(jì)算時(shí)要認(rèn)真、仔細(xì)，否則容易出錯(cuò)；要注意反應(yīng)中部分硝酸參加氧化還原反應(yīng)，運(yùn)用原子守恒的解題方法較方便．