铜与浓硝酸实验装置

『壹』 为了探究化学能与热能的转化，某实验小组设计了如下三套实验装置：（1）上述3个装置中，不能证明“铜与浓

（1）装置Ⅰ可通过U形管中红墨水液面的变化判断铜与浓硝酸的反应是放热还是吸热；装置Ⅱ可通过烧杯中是否产生气泡判断铜与浓硝酸的反应放热还是吸热；装置Ⅲ只是一个铜与浓硝酸反应并将生成的气体用水吸收的装置，不能证明该反应是放热反应还是吸热反应，
故答案为：Ⅲ；
（2）氢氧化钡与硫酸反应属于中和反应，中和反应都是放热反应，所以锥形瓶中气体受热膨胀，导致U型管左端液柱降低，右端液柱升高，
故答案为：左端液柱降低，右端液柱升高；放热；
（3））①若M为钠，钠与水反应生成氢氧化钠和氢气，该反应我放热反应，放热的热量使大试管中温度升高，气体压强增大，所以右边烧杯中有气泡产生；冷却后大试管中温度降低，压强减小，右边烧杯中的导管会形成一端液柱，
故答案为：产生气泡，反应完毕后，冷却至室温，烧杯里的导管内形成一段液柱；
②若观察到烧杯里产生气泡，说明M溶于水放出热量，由于放热反应一定属于化学变化，而有热量放出的反应不一定为化学变化，所以不一定属于放热反应，如浓硫酸溶于水会放出热量，但是不属于放热反应，
故答案为：可能是放热反应；
③若观察到烧杯里的玻璃管内形成一段水柱，说明M溶于水后导致大试管中温度降低，压强减小，证明M溶于水为吸热过程，溶于水能够吸收热量的物质有：硝酸铵、氯化铵等，
故答案为：硝酸铵；
（4）至少有两种实验方法能证明超氧化钾与水的反应（4KO₂+2H₂O═4KOH+3O₂↑）是放热反应还是吸热反应：方法①：选择上述装置Ⅰ（或Ⅱ）进行实验，Ⅰ装置右边U型管中左端液柱降低，右端液柱升高（或烧杯中导管中有气泡放出），证明该反应为放热反应；
方法②：取适量超氧化钾粉末用脱脂棉包裹并放在石棉网上，向脱脂棉上滴加几滴蒸馏水，片刻后，若观察到棉花燃烧，则说明该反应放出大量热，使棉花燃烧，证明该反应是放热反应，
故答案为：Ⅰ（或Ⅱ）；放热．

『贰』 下图甲是课本中验证铜和浓硝酸反应的装置，乙、丙是师生对演示实验改进后的装置：（1）写出铜和浓硝酸反

（1）因铜和浓硝酸反应生成硝酸铜、二氧化氮和水，故答案为：Cu+4H⁺+2NO₃^-=Cu²⁺+2NO₂↑+2H₂O；
（2）乙装置能使反应可控制，随时可以停止，同时吸收NO₂气体，防止污染环境，
故答案为：①可以控制反应②吸收NO₂气体，防止污染环境；
（3）为了NO₂气体充满②试管，应先关闭c，然后打开a、b，故答案：关闭c；a、b；
（4）为了让二氧化氮与水接触发生反，应先关闭b，再关闭a，然后打开c，用手捂住（热水、热毛巾、加热）试管②，故答案为：先关闭b，再关闭a，然后打开c，用手捂住（热水、热毛巾、加热）试管②（合理答案均给分）；
（5）设试管的容积为VL，根据NO₂和水反应：3NO₂ +H₂O=2HNO₃ +NO

『叁』 某化学兴趣小组欲验证：“铜和一定量的浓硝酸反应有一氧化氮产生”．设计使用了如下装置进行实验．（假设

（1）将铜粉分散在石棉绒中可以增大铜粉与氧气的接触面积，加快反应速率使反应更充分，故答案为：增大铜粉与氧接触面积，使反应迅速、充分；
（2）气球中的空气成分主要是氧气、氮气、二氧化碳、水蒸气等，通过氢氧化钠溶液除去二氧化碳，通过浓硫酸除去水蒸气；C装置是反应掉空气中的氧气，所以进入D装置的气体主要是氮气，试管体积为50ml，进入的氮气体积为50ml，通入氮气目的是把试管中的空气排净，避免生成的一氧化氮气体被氧气氧化为二氧化氮，无法验证铜和浓硝酸反应产物中 有一氧化氮气体生成，依据气体流向，开关操作是关闭K₃，打开K₁、K₂，让氮气把试管中的空气赶净，更好的利用后续试验测定气体体积和验证一氧化氮气体的生成，
故答案为：N₂；排出D中的空气；关闭K₃ ；打开K₁、K₂；
（3）关闭K₁、K₂，打开K₃，由分液漏斗向D中滴加浓硝酸，一定发生的反应是铜和浓硝酸反应生成硝酸铜二氧化氮和水，可能发生的反应是浓硝酸变稀后和铜的反应生成硝酸铜一氧化氮和水；D中一定发生反应的离子方程式：Cu+2NO₃^-+4H⁺=Cu²⁺+2NO₂↑+2H₂O；通过分液漏斗向D中加入CCl₄至满，因为氮气和氮氧化物不溶于四氯化碳，是为了把氮气和生成的气体全部排入到E装置吸收，故答案为：Cu+2NO₃^-+4H⁺=Cu²⁺+2NO₂↑+2H₂O；
（4）DEF在关闭K₃后装置是一套气密性完好的装置，若E中出现倒吸，可以调节F中量气管的液体高度改变压强，向下调节量气管，使E中的压强减少，防止液体进入E发生倒吸，或直接关闭K₃，不让液体进入E装置，故答案为：向下调节量气管（或及时关闭K₃）；
（5）Ⅰ、E装置所得溶液调节为100ml，取出25.00mL，加两滴酚酞，用0.1000mol?L^-1的NaOH溶液滴定，当滴定完成后消耗NaOH溶液18.00mL，可以利用酸碱恰好反应的定量关系计算即：
设硝酸浓度为C，发生的反应实质是H⁺+OH^-=H₂O，25.00mL×C=18.00mL×0.1000mol?L^-1，C=0.0720mol/L，故答案为：0.0720；
Ⅱ、通过计算分析判断，E装置中生成的硝酸溶液体积为100ml，浓度为0.0720mol/L，所以生成硝酸物质的量为0.0072mol，根据化学方程式3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO，生成的一氧化氮气体物质的量为0.0036mol，在标准状况下的体积=0.0036mol×22.4L/mol=0.08064L=80.64ml，加上原来试管中的氮气50ml，共计130.64ml，小于题干中实验测得的气体体积139.00ml．说明铜和浓硝酸反应的过程中生成二氧化氮气体同时也生成了一氧化氮气体，
故答案为：有；E装置中生成100mL、0.0720mol?L^-1硝酸时产生的NO约为80.6mL，而试管中原有50mLN₂，二者之和小于139.00mL，说明生成NO₂的同时有NO生成．

『肆』 铜片与浓硝酸反应装置中氢氧化钠的作用

氢氧化钠的作用是为了防止污染.
在试管里盛放足量氢氧化钠溶液.以吸收反应回产生的气体NO2.
Cu+4HNO3
（浓）答=Cu（NO3）2+2NO2↑+2H2O．
NO2气体有毒，这个实验是学生实验室实验，为了学生安全，不能任由有毒气体排放到教室，所以需要加氢氧化钠并且足量。
2NO2+2NaOH=NaNO2+NaNO3+H2O
发生歧化反应，消耗了NO2

『伍』 某兴趣小组设计出如右图所示装置来改进教材中“铜与硝酸反应”的实验，以探究化学实验的绿色化．（1）实

（1）实验前，关闭活塞b，试管d中加水至浸没长导管口，塞紧试管c和d的胶塞，加热c．其内目的是检查装置容的气密性，
故答案为：检查装置的气密性；
（2）浓硝酸和铜反应生成硝酸铜、二氧化氮和水，反应的化学方程式Cu+4HNO₃（浓）=Cu（NO₃）₂+2NO₂↑+2H₂O，离子方程式为：3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O，
故答案为：3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O；
（3）方案①是铜和浓硝酸反应生成硝酸铜，二氧化氮和水，有污染气体生成，不能体现绿色化学理念；方案②是稀硝酸和铜反应生成硝酸铜，一氧化氮和水，有污染气体生成，不能体现绿色化学理念；③是利用铜和氧气反应生成氧化铜，氧化铜和硝酸反应生成硝酸铜，反应过程中无污染气体生成，能体现绿色化学理念，
故答案为：③不产生有污染的氮氧化合物，消耗硝酸量最少．

『陆』 图Ⅰ是实验室中常用于制备和干燥气体的装置：（1）甲同学用图Ⅰ装置、铜和浓硝酸制备并收集干燥的NO2气体

（1）图Ⅰ装置抄、铜和浓硝酸袭制备并收集干燥的NO₂气体，铜和浓硝酸反应生成硝酸铜、二氧化氮、水，反应的化学方程式Cu+4HNO₃═Cu（NO₃）₂+2NO₂↑+2H₂O用干燥剂干燥后的二氧化氮气体易与水反应且比空气重，所以收集用向上排气法；二氧化氮气体中存在平衡2NO₂（g）?N₂O₄（g），放入冰水中颜色变浅说明平衡向生成四氧化二氮气体的方向移动，所以此方向为放热反应，△H＜0；故答案为：①Cu+4HNO₃═Cu（NO₃）₂+2NO₂↑+2H₂O；②向上排气法；③＜；
（2）装置Ⅰ制备制取干燥的NH₃和O₂的混合气体，通入装置Ⅱ在D处发生催化氧化反应，4NH₃+5O₂