Question

化学小组探究铜与硝酸反应的快慢及产物。

(1)实验甲：将铜片放入盛有稀HNO₃的试管中，开始无明显现象，后逐渐有小气泡生成，该气体是______。在液面上方出现浅红棕色气体，溶液呈蓝色。

(2)实验乙：铜与浓HNO₃反应，装置、现象如下：

实验装置	实验现象
	A中：最初反应较慢，随后加快，反应剧烈；产生红棕色气体；溶液呈绿色。 B中：溶液呈淡蓝色。

①A中铜与浓HNO₃产生红棕色气体的化学方程式是 ______。

②实验现象“最初反应较慢，随后加快”的原因可能是 ______。

(3)有文献记载：铜与浓HNO₃反应一旦发生就变快，是因为开始生成的NO₂溶于水形成HNO₂(弱酸，不稳定)，它再和Cu反应，反应就加快。实验探究如下：

I：向 1 mL浓硝酸中加入几滴30% H₂O₂溶液、铜片，反应较慢，溶液呈蓝色。

II：向1 mL浓硝酸中加入几滴30% H₂O₂溶液，无明显变化。

①I中反应变慢的原因是 ______。

②NO₂与H₂O反应生成HNO₂和 ______。

③对生成HNO₂后反应变快的原因进行实验探究。

序号	实验操作	实验现象
III	取B中溶液，加入一定量固体，再加入铜片	立即产生无色气体；液面上方呈红棕色
IV	取B中溶液，放置一段时间，溶液变为无色后，再加入铜片	产生无色气体，较Ⅲ慢；液面上方呈浅红棕色

a．III中加入的固体为______。

b．IV中“放置一段时间”的目的是 ______。

实验III、IV可以说明，HNO₂氧化Cu的反应速率比HNO₃氧化Cu的反应快。

(4)化学小组同学结合实验甲、乙中HNO₃被还原后的气体产物以及实验III的产物，综合上述实验，分析判断甲中反应慢的原因，除了硝酸起始浓度小、反应过程中温度较低外，另一个重要原因是 ______。

Answer

NO Cu+4HNO3(浓)=Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O 反应放热，随着反应的进行，体系温度升高 H2O2与HNO2发生反应使HNO2浓度降低 HNO3 NaNO2 使HNO2完全分解 稀硝酸不能将NO氧化为NO2，体系中不能发生NO2与H2O生成HNO2的反应

【解析】

(1)Cu与稀硝酸反应生成Cu(NO3)2、NO和水，NO与O2反应产生红棕色NO2；

(2)Cu与浓硝酸反应生成硝酸铜、NO2和水，根据反应放热及溶液浓度变化分析反应速率的变化；

(3)①根据HNO2浓度大小对反应速率的影响分析；

②根据氧化还原反应规律判断；

③加入的物质可以与溶液中H+反应产生HNO2即可；根据HNO2的不稳定性及其浓度的影响分析放置一段时间的反应现象；

(4)根据能否产生HNO2及HNO2的强氧化性分析判断。

(1)Cu与稀硝酸反应生成Cu(NO3)2、NO和H2O，无色气体遇空气变为红棕色，说明该无色气体是NO，在室温下NO与O2反应产生红棕色NO2；

(2)①Cu与浓硝酸反应生成Cu(NO3)2、NO2和H2O，根据原子守恒、电子守恒，可得该反应的化学方程式为：Cu+4HNO3(浓)=Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O

②该反应是放热反应，随着反应的进行，溶液温度升高，因此一旦发生反应速率就变快，后当反应一段时间，硝酸浓度降低，溶液浓度对速率的影响占优势，溶液浓度降低，反应速率又逐渐减小；

(3)①I中反应变慢是由于H2O2与HNO2发生反应使HNO2浓度降低，导致速率减慢；

②NO2中N是+4价，NO2与H2O反应生成HNO2中N是+3价，化合价降低，根据氧化还原反应过量，必然同时有元素化合价升高，根据各种元素化合价特点，还产生了+5价的HNO3，反应方程式为：2NO2+H2O=HNO2+HNO3；

③a.在B溶液中含有NO2与H2O反应产生的HNO2、HNO3，HNO3是强酸，完全电离，而HNO2是弱酸，在溶液中存在电离平衡，向实验III的B溶液中加入的固体后要反应产生HNO2，使HNO2浓度增大，则加入的物质含有NO2-，可以是NaNO2、KNO2等，HNO3与NaNO2发生复分解反应产生HNO2，使溶液中HNO2浓度增大，再加入Cu后快速反应，Cu被氧化产生Cu(NO3)2；

b. HNO2不稳定，会发生分解反应，在IV中“放置一段时间”的目的是使HNO2完全分解；

(4)分析判断甲中反应慢的原因，除了硝酸起始浓度小、反应过程中温度较低外，还有另一个重要原因就是稀硝酸氧化性弱，不能将NO氧化为NO2，在反应体系中不能发生NO2与H2O生成HNO2的反应。