Question

8．銅和稀硝酸在常溫常壓下反應(yīng)，開(kāi)始時(shí)反應(yīng)非常慢，但是隨著反應(yīng)的進(jìn)行，反應(yīng)速率不斷地加大．某校合作學(xué)習(xí)小組的同學(xué)擬探究影響其速率的主要因素．
（1）Cu與稀硝酸反應(yīng)的離子方程式3Cu+2NO₃^-+8H⁺=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O．
（2）甲同學(xué)認(rèn)為是生成的Cu²⁺對(duì)該反應(yīng)起催化作用，欲驗(yàn)證其假設(shè)是否正確，其實(shí)驗(yàn)方法是：取兩去試管分別加入同濃度的稀硝酸和相同的銅片，在其中一支中加入少量硫酸銅晶體，比較兩者開(kāi)始產(chǎn)生氣泡的時(shí)間．
（3）乙同學(xué)依據(jù)銅和硝酸是放熱反應(yīng)，擬研究溫度升高是否為該反應(yīng)速度率不斷加大的主要原因，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1所示：
由此可得到的結(jié)論是80min內(nèi)溫度只上升了2℃，說(shuō)明溫度變化不是主要原因．
（4）丙同學(xué)查閱文獻(xiàn)，得知稀硝酸與銅反應(yīng)，還原產(chǎn)物起始也是NO₂，NO₂對(duì)該反應(yīng)起催化作用．通過(guò)圖2裝置驗(yàn)證：

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)左側(cè)3min后開(kāi)始大量產(chǎn)生氣泡，右側(cè)40min內(nèi)無(wú)明顯變化．
①氫氧化鈉溶液的作用是吸收氮的氧化物，防止污染環(huán)境．
②該學(xué)生設(shè)計(jì)在左側(cè)加的是2mol•L^-1 HNO₃溶液，右側(cè)加的是2.2mol•L^-1 硝酸．左側(cè)濃度稍偏小，這樣設(shè)計(jì)主要是考慮到左側(cè)通入NO₂時(shí)，一部分NO₂與水反應(yīng)會(huì)生成硝酸，使硝酸濃度變大．
（5）丁同學(xué)與丙同學(xué)交流后，他將實(shí)驗(yàn)改進(jìn)為：在試管中加入3mL2mol•L^-1 HNO₃并放入銅片，然后加入幾粒NaNO₂晶體，發(fā)現(xiàn)只需1秒鐘，銅片表面就開(kāi)始產(chǎn)生氣泡．由丁的實(shí)驗(yàn)推斷出的可能結(jié)論是：NO₂催化機(jī)理可能是在反應(yīng)中得電子生成NO₂^-起催化作用（或答：NO₂^-對(duì)該反應(yīng)也能起催化作用）．

Answer 1

分析 （1）銅與稀硝酸反應(yīng)時(shí)，銅被氧化成銅離子，稀硝酸被還原為一氧化氮，根據(jù)電子守恒、電荷守恒配平離子方程式；
（2）選取兩支試管，一支加入含有銅離子的鹽，另一支不加銅鹽，然后比較反應(yīng)速率，從而確定銅離子是否影響反應(yīng)速率；
（3）根據(jù)圖象確定溫度對(duì)反應(yīng)速率的影響；
（4）二氧化氮是有毒氣體，不能直接排空，要用堿液進(jìn)行尾氣處理；二氧化氮易溶于水產(chǎn)生硝酸；
（5）根據(jù)加入的物質(zhì)和反應(yīng)速率之間的關(guān)系確定亞硝酸根離子的作用．

解答 解：（1）銅與稀硝酸反應(yīng)時(shí)，銅被氧化成銅離子，銅的化合價(jià)升高2價(jià)，稀硝酸被還原為一氧化氮，氮的化合價(jià)降低3價(jià)，所以銅與硝酸根的比例關(guān)系為3：2，
再根據(jù)電荷守恒配平離子反應(yīng)方程式：3Cu+2NO₃^-+8H⁺=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O，
故答案為：3Cu+2NO₃^-+8H⁺=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O；
（2）為驗(yàn)證銅離子是否有催化作用，作比較實(shí)驗(yàn)，在一支試管中加入含有銅離子的鹽，一支試管中不加銅鹽，然后比較反應(yīng)速率，根據(jù)反應(yīng)速率大小確定假設(shè)是否正確，
故答案為：取兩去試管分別加入同濃度的稀硝酸和相同的銅片，在其中一支中加入少量硫酸銅晶體，比較兩者開(kāi)始產(chǎn)生氣泡的時(shí)間；
（3）根據(jù)圖片知，80min內(nèi)溫度才上升了2℃，從而得知，溫度升高不是其反應(yīng)速率加快的主要原因，應(yīng)該有其它因素，
故答案為：80min內(nèi)溫度只上升了2℃，說(shuō)明溫度變化不是主要原因；
（4）①，二氧化氮有毒不能直接排空，否則會(huì)污染空氣，且二氧化氮溶于水生成硝酸和一氧化氮，溶液呈酸性，所以可以用堿性物質(zhì)吸收二氧化氮，
故答案為：吸收氮的氧化物，防止污染環(huán)境；
②二氧化氮溶于水生成硝酸，導(dǎo)致左側(cè)試管中硝酸濃度增大，為了使兩側(cè)硝酸濃度相似，右側(cè)試管中硝酸濃度應(yīng)稍微大些，
故答案為：左側(cè)通入NO₂時(shí)，一部分NO₂與水反應(yīng)會(huì)生成硝酸，使硝酸濃度變大；
（5）根據(jù)實(shí)驗(yàn)知，加入幾粒NaNO₂晶體，發(fā)現(xiàn)只需1秒鐘，銅片表面就開(kāi)始產(chǎn)生氣泡，由此說(shuō)明亞硝酸根離子有催化作用，據(jù)此還可以說(shuō)明二氧化氮的催化機(jī)理可能是在反應(yīng)中得電子生成NO₂^-起催化作用，
故答案為：NO₂催化機(jī)理可能是在反應(yīng)中得電子生成NO₂^-起催化作用（或答：NO₂^-對(duì)該反應(yīng)也能起催化作用）．

點(diǎn)評(píng) 本題考查探究實(shí)驗(yàn)，解答這類(lèi)題時(shí)要注意盡可能的把題中的能夠影響化學(xué)反應(yīng)的因素找出，然后再利用控制變量法來(lái)進(jìn)行判斷，最后得出答案，難度較大．