Question

8．銅和稀硝酸在常溫常壓下反應，開始時反應非常慢，但是隨著反應的進行，反應速率不斷地加大．某校合作學習小組的同學擬探究影響其速率的主要因素．
（1）Cu與稀硝酸反應的離子方程式3Cu+2NO₃^-+8H⁺=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O．
（2）甲同學認為是生成的Cu²⁺對該反應起催化作用，欲驗證其假設是否正確，其實驗方法是：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，比較兩者開始產生氣泡的時間．
（3）乙同學依據(jù)銅和硝酸是放熱反應，擬研究溫度升高是否為該反應速度率不斷加大的主要原因，實驗結果如圖1所示：
由此可得到的結論是80min內溫度只上升了2℃，說明溫度變化不是主要原因．
（4）丙同學查閱文獻，得知稀硝酸與銅反應，還原產物起始也是NO₂，NO₂對該反應起催化作用．通過圖2裝置驗證：

實驗發(fā)現(xiàn)左側3min后開始大量產生氣泡，右側40min內無明顯變化．
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該學生設計在左側加的是2mol•L^-1 HNO₃溶液，右側加的是2.2mol•L^-1 硝酸．左側濃度稍偏小，這樣設計主要是考慮到左側通入NO₂時，一部分NO₂與水反應會生成硝酸，使硝酸濃度變大．
（5）丁同學與丙同學交流后，他將實驗改進為：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，銅片表面就開始產生氣泡．由丁的實驗推斷出的可能結論是：NO₂催化機理可能是在反應中得電子生成NO₂^-起催化作用（或答：NO₂^-對該反應也能起催化作用）．

Answer 1

分析 （1）銅與稀硝酸反應時，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，然后比較反應速率，從而確定銅離子是否影響反應速率；
（3）根據(jù)圖象確定溫度對反應速率的影響；
（4）二氧化氮是有毒氣體，不能直接排空，要用堿液進行尾氣處理；二氧化氮易溶于水產生硝酸；
（5）根據(jù)加入的物質和反應速率之間的關系確定亞硝酸根離子的作用．

解答 解：（1）銅與稀硝酸反應時，銅被氧化成銅離子，銅的化合價升高2價，稀硝酸被還原為一氧化氮，氮的化合價降低3價，所以銅與硝酸根的比例關系為3：2，
再根據(jù)電荷守恒配平離子反應方程式：3Cu+2NO₃^-+8H⁺=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O，
故答案為：3Cu+2NO₃^-+8H⁺=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O；
（2）為驗證銅離子是否有催化作用，作比較實驗，在一支試管中加入含有銅離子的鹽，一支試管中不加銅鹽，然后比較反應速率，根據(jù)反應速率大小確定假設是否正確，
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，比較兩者開始產生氣泡的時間；
（3）根據(jù)圖片知，80min內溫度才上升了2℃，從而得知，溫度升高不是其反應速率加快的主要原因，應該有其它因素，
故答案為：80min內溫度只上升了2℃，說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，導致左側試管中硝酸濃度增大，為了使兩側硝酸濃度相似，右側試管中硝酸濃度應稍微大些，
故答案為：左側通入NO₂時，一部分NO₂與水反應會生成硝酸，使硝酸濃度變大；
（5）根據(jù)實驗知，加入幾粒NaNO₂晶體，發(fā)現(xiàn)只需1秒鐘，銅片表面就開始產生氣泡，由此說明亞硝酸根離子有催化作用，據(jù)此還可以說明二氧化氮的催化機理可能是在反應中得電子生成NO₂^-起催化作用，
故答案為：NO₂催化機理可能是在反應中得電子生成NO₂^-起催化作用（或答：NO₂^-對該反應也能起催化作用）．

點評 本題考查探究實驗，解答這類題時要注意盡可能的把題中的能夠影響化學反應的因素找出，然后再利用控制變量法來進行判斷，最后得出答案，難度較大．