Question

（12分）某学习小组为证明并观察铜与稀HNO₃反应的产物是NO，设计了如下图所示的实验装置。请你根据他们的思路，回答有关的问题。

（一）实验仪器：大试管、玻璃导管、橡皮塞、烧杯、棉花、注射器。

（二）实验药品：铜丝、稀硝酸、碳酸钙颗粒、烧碱溶液。

（三）实验原理：

铜与稀硝酸反应的离子反应方程式             ①                      。

（四）实验步骤：

1、按右图所示连接好装置，检验装置的      ②      ；

2、向试管中加入一定量的固体药品（填化学式）     ③   ，然后向试管中倒入过量的稀硝酸，并迅速塞紧带铜丝和导管的橡皮塞；

3、让试管中的反应进行一段时间后，用蘸有NaOH溶液的棉花团封住导管口；

4、将铜丝向下移动插入试管液体中，使之与稀硝酸反应；

5、把注射器的针孔插入试管口的橡皮塞中，缓慢向试管内推入空气。

（五）实验讨论：

1、实验步骤②的目的是（写出反应的离子方程式，结合文字说明）

                                        ④                                 ；

2、实验步骤⑤的目的是（写出反应的化学方程式，结合文字说明）

                                      ⑤                                   。

（六）实验评价：

该装置的优点是（任写一个即可）                   ⑥                   ；

有同学提出：增加右图所示装置，在步骤②完成后，当有明显现象再撤去该装置，并继续步骤③的“用蘸有NaOH溶液的棉花团封住导管口”。请评价他的做法     ⑦    。

Answer

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

④ CaCO3 + 2H+ = Ca2+ + CO2↑+ H2O （2分），利用CO2排出试管中的空气，防止O2与NO反应（1分）

⑤ 2NO + O2 = 2NO2（1分）,气体由无色变红棕色证明Cu与稀硝酸反应生成NO（1分）

⑥ 使用可抽动的铜丝能随时控制反应的开始和结束，节约药品用量，减少污染气体的产生。（或使用蘸有NaOH溶液的棉花团封住导管口，可防止NO和NO2气体逸出污染大气。）（2分）

⑦ 通过石灰水变浑浊的现象准确判断试管内无空气后，才进行步骤④，使得出的结论更科学。（1分）

【解析】①硝酸是氧化性酸，能和铜发生氧化还原反应，方程式为3Cu + 8H+ + 2NO3－ = 3Cu2+ + 2NO↑+ 4H2O。

②制气装置连接好后，首先检验装置的气密性。

③由于装置中含有空气，会氧化生成的NO，从而干扰实验，所以需要先排尽装置中的空气。可以利用硝酸和碳酸钙反应生成的CO2来实现，即加入的固体药品是碳酸钙，反应的方程式为CaCO3 + 2H+ = Ca2+ + CO2↑+ H2O。

⑤由于NO极易被氧化生成红棕色NO2，所以目的是证明Cu与稀硝酸反应生成NO的，方程式为2NO + O2 = 2NO2。

⑥评价实验可以从操作的难易程度、尾气的处理、实验现象等考虑。根据装置及实验过程可知，优点是使用可抽动的铜丝能随时控制反应的开始和结束，节约药品用量，减少污染气体的产生。（或使用蘸有NaOH溶液的棉花团封住导管口，可防止NO和NO2气体逸出污染大气。）

⑦由于在排空气时，无法判断是否完全排尽，所以通过石灰水变浑浊的现象，来准确判断试管内无空气后，才进行步骤④，使得出的结论更科学。