Question

（12分）某學習小組為證明并觀察銅與稀HNO₃反應的產物是NO，設計了如下圖所示的實驗裝置。請你根據他們的思路，回答有關的問題。

（一）實驗儀器：大試管、玻璃導管、橡皮塞、燒杯、棉花、注射器。

（二）實驗藥品：銅絲、稀硝酸、碳酸鈣顆粒、燒堿溶液。

（三）實驗原理：

銅與稀硝酸反應的離子反應方程式             ①                      。

（四）實驗步驟：

1、按右圖所示連接好裝置，檢驗裝置的      ②      ；

2、向試管中加入一定量的固體藥品（填化學式）     ③   ，然后向試管中倒入過量的稀硝酸，并迅速塞緊帶銅絲和導管的橡皮塞；

3、讓試管中的反應進行一段時間后，用蘸有NaOH溶液的棉花團封住導管口；

4、將銅絲向下移動插入試管液體中，使之與稀硝酸反應；

5、把注射器的針孔插入試管口的橡皮塞中，緩慢向試管內推入空氣。

（五）實驗討論：

1、實驗步驟②的目的是（寫出反應的離子方程式，結合文字說明）

                                        ④                                 ；

2、實驗步驟⑤的目的是（寫出反應的化學方程式，結合文字說明）

                                      ⑤                                   。

（六）實驗評價：

該裝置的優點是（任寫一個即可）                   ⑥                   ；

有同學提出：增加右圖所示裝置，在步驟②完成后，當有明顯現象再撤去該裝置，并繼續步驟③的“用蘸有NaOH溶液的棉花團封住導管口”。請評價他的做法     ⑦    。

 

Answer 1

【答案】

① 3Cu + 8H⁺ + 2NO₃^－ = 3Cu²⁺ + 2NO↑+ 4H₂O（2分）   ② 氣密性（1分）  ③CaCO₃（1分）

④ CaCO₃ + 2H⁺ = Ca²⁺ + CO₂↑+ H₂O （2分），利用CO₂排出試管中的空氣，防止O₂與NO反應（1分）

⑤ 2NO + O₂ = 2NO₂（1分）,氣體由無色變紅棕色證明Cu與稀硝酸反應生成NO（1分）

⑥ 使用可抽動的銅絲能隨時控制反應的開始和結束，節約藥品用量，減少污染氣體的產生。（或使用蘸有NaOH溶液的棉花團封住導管口，可防止NO和NO₂氣體逸出污染大氣。）（2分）

⑦ 通過石灰水變渾濁的現象準確判斷試管內無空氣后，才進行步驟④，使得出的結論更科學。（1分）

【解析】①硝酸是氧化性酸，能和銅發生氧化還原反應，方程式為3Cu + 8H⁺ + 2NO₃^－ = 3Cu²⁺ + 2NO↑+ 4H₂O。

②制氣裝置連接好后，首先檢驗裝置的氣密性。

③由于裝置中含有空氣，會氧化生成的NO，從而干擾實驗，所以需要先排盡裝置中的空氣。可以利用硝酸和碳酸鈣反應生成的CO₂來實現，即加入的固體藥品是碳酸鈣，反應的方程式為CaCO₃ + 2H⁺ = Ca²⁺ + CO₂↑+ H₂O。

⑤由于NO極易被氧化生成紅棕色NO₂，所以目的是證明Cu與稀硝酸反應生成NO的，方程式為2NO + O₂ = 2NO₂。

⑥評價實驗可以從操作的難易程度、尾氣的處理、實驗現象等考慮。根據裝置及實驗過程可知，優點是使用可抽動的銅絲能隨時控制反應的開始和結束，節約藥品用量，減少污染氣體的產生。（或使用蘸有NaOH溶液的棉花團封住導管口，可防止NO和NO₂氣體逸出污染大氣。）

⑦由于在排空氣時，無法判斷是否完全排盡，所以通過石灰水變渾濁的現象，來準確判斷試管內無空氣后，才進行步驟④，使得出的結論更科學。