Question

如圖1所示，某興趣小組同學將銅片加入稀硝酸，發(fā)現(xiàn)開始時氣泡產(chǎn)生速率非常慢，一段時間后速率明顯加快，燒瓶內(nèi)溶液呈淺藍色并不斷加深，液面上方的氣體顏色也在不斷加深。該小組同學擬通過實驗探究反應速率變化的原因。

圖 1                                     圖 2

（1）圖1中銅與稀硝酸反應的離子方程式為                                        ；

用離子方程式表示NaOH溶液所起的作用                                        ；

（2）小組同學提出了如下假設并設計實驗探究：

Ⅰ.甲同學認為是反應放熱導致溶液溫度升高所致，完成此實驗還需要的儀器是        ；

測定反應過程中溶液不同時間的溫度，結果如下表：

時間/min	0	5	10	15	20	25	35	50	60	70	80
溫度/℃	25	26	26	26	26	26	26.5	27	27	27	27

 

結合實驗目的和表中數(shù)據(jù)，你得出的結論是                                      ；

Ⅱ.乙同學認為生成的Cu²⁺對反應有催化作用，為驗證此假設，取A、B兩支試管分別加入等量的銅片和稀硝酸，那么最好是在其中一支試管中加入少量的            （填序號）。

A.硝酸銅晶體        B.硝酸銅溶液        C.硫酸銅晶體        D.硫酸銅溶液

然后對比兩支試管的反應，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)象基本相同。因此得出結論：Cu²⁺并不是反應的催化劑。

Ⅲ. 丙同學根據(jù)現(xiàn)象推測反應過程中還有少量        生成，進而認為該物質(zhì)對反應有催化作用，如圖2所示，實驗中丙同學從a處通入該物質(zhì)后，發(fā)現(xiàn)左管中產(chǎn)生氣泡速率明顯快于右管。小組同學得出最后結論：這種物質(zhì)對銅和稀硝酸的反應有催化作用。

（3）實驗結束后，發(fā)現(xiàn)試管中溶液呈綠色，而不顯藍色。部分同學認為是該溶液中硝酸銅的質(zhì)量分數(shù)較高所致，另一部分同學認為是該溶液中溶解了通入的物質(zhì)。請你設計一個實驗方案來證明哪種假設正確。(寫出實驗操作、實驗現(xiàn)象和結論)                                                     。

 

Answer 1

【答案】

（1）3Cu + 8H⁺ + 2NO₃⁻＝3Cu²⁺ + 2NO↑ + 4H₂O （2分）

NO + NO₂ + 2OH⁻＝2NO₂⁻ + H₂O（2分）

（2）Ⅰ.溫度計 （2分）         溫度不是速率明顯加快的主要原因（2分）

Ⅱ.A（2分）              Ⅲ.NO₂ （2分）

（3） 加熱該綠色溶液，觀察顏色變化（或向該綠色溶液中通入氮氣，觀察顏色變化或向飽和硝酸銅溶液中通入濃硝酸與銅反應產(chǎn)生的氣體，觀察顏色變化）（2分）

【解析】

試題分析：（1）硝酸具有強氧化性，稀硝酸的還原產(chǎn)物是NO，所以圖1中銅與稀硝酸反應的離子方程式為3Cu + 8H⁺ + 2NO₃⁻＝3Cu²⁺ + 2NO↑ + 4H₂O。反應中液面上方的氣體顏色也在不斷加深，這是由于NO被氧化生成了紅棕色的NO₂。不論是NO還是NO₂都是大氣污染物，需要尾氣處理，所以氫氧化鈉溶液的作用是吸收NO和NO₂，防止污染空氣，反應的離子方程式為NO + NO₂ + 2OH⁻＝2NO₂⁻ + H₂O。

（2）I、如果是因為反應放熱導致溶液溫度升高所致，則必須測量溶液的溫度，因此完成此實驗還需要的儀器是溫度計。根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知，80min內(nèi)溶液的溫度只上升了2℃，這說明隨著反應的進行，溶液的溫度變化不明顯，因此溫度不是速率明顯加快的主要原因。

Ⅱ、為驗證銅離子是否有催化作用，作對比實驗，在一支試管中加入含有銅離子的鹽，一支試管中不加銅鹽，然后比較反應速率，根據(jù)反應速率大小確定假設是否正確。為防止陰離子對實驗的干擾，最好選擇硝酸銅晶體，答案選A。

Ⅲ、根據(jù)液面上方的氣體顏色也在不斷加深可推斷反應過程中還有少量NO₂生成。

（3）如果試管中溶液呈綠色，而不顯藍色。是由于NO₂引起的，則可以將將綠色的混合溶液加熱，若能放出紅棕色氣體、且溶液變藍色，說明這個假設正確或?qū)�NO₂氣體通入藍色硝酸銅溶液中觀察溶液顏色是否變綠色。

考點：考查銅與稀硝酸反應原理的實驗探究、實驗方案設計與評價等