Question

某小组研究Cu与浓硝酸反应时发现如下现象：

装置与试剂	现象
	Cu片完全溶解，产生红棕色气体，得到绿色溶液A，该溶液长时间放置后得到蓝色溶液B。反应后溶液体积几乎不变。

（1）Cu与浓硝酸反应的离子方程式为_____。

（2）甲同学猜测溶液A不是蓝色而呈绿色与溶解了NO₂有关，于是向溶液B中通入NO₂，然后再持续通入一段时间N₂，观察到现象：_____，证实猜测合理。

甲同学为深入研究溶液A呈绿色的原因，查得如下资料并提出了新的假设：

假设一：A中形成了Cu(NO₂)使溶液呈绿色。

为了验证假设一的合理性，甲同学进行了如下实验：

（实验一）

操作	现象
①向20.0mL0.5mol·L^-1Cu(NO3)2蓝色溶液中通入少量NO2气体	溶液呈绿色
②向20.0mL水中通入与①中等量的NO2气体	溶液呈无色

（3）操作②的目的是_____。

（4）乙同学向①所得溶液中滴加浓硫酸，使溶液中c(H⁺)达约8mol·L^-1，观察到有无色气体放出（遇空气变为红棕色），溶液很快变回蓝色。利用平衡移动原理解释溶液变蓝的原因：_____。

（5）综合甲乙两位同学的实验，假设一不成立。请说明理由：______。

乙同学查得如下资料并提出来另一种假设：

假设二：A中浓硝酸溶解了NO₂所得黄色溶液与Cu²⁺的蓝色复合形成的绿色。

为验证假设二的合理性，乙同学进行了如下实验：

（实验二）

操作	现象
①配制与溶液A的c(H^+)浓度相同的HNO3溶液，取20.0mL，通入少量NO2气体	溶液呈黄色
②加入	溶液变为绿色
③……	溶液立即变回蓝色

（6）操作②中加入的试剂为_____。

操作③进一步证明了假设二的合理性，写出该操作：_____。

Answer

Cu+4H++2=Cu2++2H2O+2NO2↑ 溶液通入NO2后变绿，通入一段N2后又变蓝 证明NO2溶于水时没有颜色变化，排除这一因素在①中的干扰 加入浓硫酸后，温度升高且c(H+)增大，HNO2分解导致c(HNO2)下降，均引起平衡HNO2+H+逆向移动，c()下降，Cu2+(蓝色)+4Cu(NO2)(绿色)逆向移动，溶液颜色由绿色变为蓝色 加酸后溶液变为蓝色，说明酸性较强的溶液A中不能大量存在，因此Cu(NO2)也不能大量存在，不是溶液A呈绿色的主要原因 0.01ml molCu(NO3)2 加水稀释

【解析】

本实验利用Cu与浓硝酸发生反应Cu+4H++2=Cu2++2H2O+2NO2↑制取NO2时，根据实验现象提出猜测并研究溶液颜色变化的原因，结合平衡移动原理等知识解答相关现象出现的原因，根据控制变量法的原理进行实验设计。

(1)Cu与浓硝酸反应生成硫酸铜、NO2和H2O，反应的离子方程式为Cu+4H++2=Cu2++2H2O+2NO2↑；

(2)甲同学猜测溶液A不是蓝色而呈绿色与溶解了NO2有关，于是向溶液B中通入NO2，溶液变成绿色，然后再持续通入一段时间N2，目的是将NO2吹出，进一步确认NO2的影响，因此通入一段时间N2后溶液又变成蓝色；

(3)操作②是对比试验，可证明NO2溶于水时没有颜色变化，排除这一因素在①中的干扰；

(4)结合资料可知，由于加入浓硫酸后，温度升高且c(H+)增大，HNO2分解导致c(HNO2)下降，同时产生无色气体，均引起平衡HNO2+H+逆向移动，c()下降，Cu2+(蓝色)+4Cu(NO2)(绿色)逆向移动，所以溶液颜色由绿色变为蓝色；

(5)根据题干信息，所用Cu和HNO3的量中HNO3过量，根据方程式可知，A存有大量HNO3，酸性很强，而加酸后溶液变为蓝色，说明酸性较强的溶液A中不能大量存在，因此Cu(NO2)也不能大量存在，不是溶液A呈绿色的主要原因，故假设一不成立；

(6)根据控制变量法，操作②中加入的试剂应与实验一相同，即为0.01ml molCu(NO3)2；

(7)根据资料ⅳ，稀硝酸中溶有少量NO2时呈无色，因此可采用稀释的方法。