Question

5．實驗室開放日，化學(xué)小組的同學(xué)來到實驗室，對酸的性質(zhì)很感興趣，向老師提出研究硝酸的性質(zhì)，老師高興答應(yīng)并帶領(lǐng)同學(xué)們進行了硝酸性質(zhì)的實驗探究．
【實驗設(shè)計】
（1）將石蕊試液滴入稀硝酸中，預(yù)計石蕊試液由紫色變紅色；
（2）將Zn片投入稀硝酸中，預(yù)計將產(chǎn)生氫氣．
【實驗驗證】同學(xué)們按上述設(shè)計做了實驗，卻發(fā)現(xiàn)石蕊變色后一會兒即褪去，Zn片投入稀HNO₃后，溶液中冒出氣泡，產(chǎn)生無色氣體A，在試管口氣體A變成紅棕色有刺激性氣味的氣體B．
【提出問題】
（1）石蕊試液變色后為何會褪色？
（2）上述產(chǎn)生的無色氣體是什么？硝酸具有哪些特性？
【查閱資料】看到如此異常的現(xiàn)象，在老師的指導(dǎo)下，同學(xué)們上網(wǎng)查到了下列資料：
（1）硝酸可與Zn、Cu等多種金屬反應(yīng)生成相應(yīng)的硝酸鹽，但不生成H₂．
（2）含氮元素的某些氣態(tài)物質(zhì)的物理性質(zhì)

	NH3	N2	NO	NO2
顏色	無色	無色	無色	紅棕色
溶解性	極易溶于水	不溶于水	不溶于水	可溶于水或硝酸

【猜想與分析】
（1）小明同學(xué)認(rèn)為石蕊變色后又褪色的原因是由于試管不干凈，含有其他雜質(zhì)造成的，要證明小明的觀點，應(yīng)進行的操作是取少量稀HNO₃于干凈的試管中，滴入石蕊試液．觀察實驗現(xiàn)象（或用干凈的試管重復(fù)上述實驗）
（2）大家一致認(rèn)同了紅棕色氣體B是NO₂，但對于無色氣體A及變化的原因有不同的看法：
①小麗同學(xué)認(rèn)為A是NH₃，但遭到了大家的一致反對，原因是NH₃極易溶于水，大多數(shù)氣體會溶解在稀HNO₃中．且在常溫下NH₃不易被氧化成NO₂；
②小強同學(xué)認(rèn)為A的N₂，也遭到大家的一致反對，原因是N₂的化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定，常溫下，N₂在空氣中不能氧化成NO₂；
③經(jīng)討論，最終大家獲得了A是NO，NO在試管口遇氧氣生成NO₂的共識．
【實驗探究】小紅同學(xué)對硝酸與Cu反應(yīng)很感興趣，便取了一小塊Cu片投入稀HNO₃中，發(fā)現(xiàn)Cu片溶解，也出現(xiàn)了上述Zn與稀HNO₃反應(yīng)的類似現(xiàn)象，確認(rèn)生成了NO，并在老師的幫助下，測出恰好反應(yīng)的Cu和HNO₃的質(zhì)量比為8：21，由此獲得了Cu與稀HNO₃的反應(yīng)化學(xué)方程式3Cu+8HNO₃=3Cu（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O．
【交流與反思】根據(jù)探究結(jié)果，請你解釋稀HCl跟Cu不反應(yīng)而稀HNO₃卻能跟Cu反應(yīng)的原因銅不與稀HCl發(fā)生置換反應(yīng)，是因為銅的金屬活動性弱于氫．而稀HNO₃具有強的氧化性，能與Cu發(fā)生氧化還原反應(yīng)，生成NO等物質(zhì)．

Answer 1

分析 【實驗設(shè)計】（1）依據(jù)石蕊遇酸性溶液的變色情況進行分析；
【猜想與分析】（1）設(shè)計一個干凈的試管進行對比試驗即可；
（2）①依據(jù)氨氣極易溶于水，且不易被氧化分析判斷；
②依據(jù)氮氣化學(xué)性質(zhì)很穩(wěn)定分析判斷；
【實驗探究】利用信息確定反應(yīng)物與生成物，依據(jù)Cu和HNO₃的質(zhì)量比確定化學(xué)方程式中兩者的化學(xué)計量數(shù)，并書寫相關(guān)的方程式；
【交流與反思】依據(jù)銅的金屬活動性以及硝酸的強氧化性對問題進行分析探討；

解答 解：
【實驗設(shè)計】（1）石蕊遇酸性溶液會變紅，稀硝酸溶液呈酸性所以石蕊會變紅；
【猜想與分析】（1）設(shè)計一個干凈的試管進行對比試驗，從而確定是否是雜質(zhì)影響了溶液顏色的變化，其操作為：取少量稀HNO₃于干凈的試管中，滴入石蕊試液．觀察實驗現(xiàn)象（或用干凈的試管重復(fù)上述實驗）；
（2）依據(jù)氮元素某些氣態(tài)物質(zhì)的物理性質(zhì)可知：
①氨氣極易溶于水，且不易被氧化，所以該氣體不可能是氨氣；
②由于氮氣化學(xué)性質(zhì)很穩(wěn)定，所以常溫下N₂在空氣中不能直接被氧化成NO₂；
③依據(jù)題干中的信息可知該反應(yīng)的反應(yīng)物是一氧化氮和氧氣產(chǎn)物是二氧化氮，其方程式為：2NO+O₂=2NO₂．
【實驗探究】由題干信息可知反應(yīng)物是銅與硝酸與生成物是硝酸銅一氧化氮和水，設(shè)該方程式中銅與硝酸的化學(xué)計量數(shù)分別為x、y，則$\frac{64x}{63y}=\frac{8}{21}$，可得$\frac{x}{y}=\frac{3}{8}$，據(jù)此的此反應(yīng)的方程是3Cu+8HNO₃=3Cu （NO₃）₂+2NO↑+4H₂O；
【交流與反思】依據(jù)銅的金屬活動性可知銅的活動性在氫后，所以不會與鹽酸反應(yīng)生成氫氣，但由于硝酸具有強氧化性，所以能與銅反應(yīng)生成一氧化氮等物質(zhì)；
故答案為：
【實驗設(shè)計】（1）紅；
【猜想與分析】（1）取少量稀HNO₃于干凈的試管中，滴入石蕊試液．觀察實驗現(xiàn)象（或用干凈的試管重復(fù)上述實驗）
（2）①NH₃極易溶于水，大多數(shù)氣體會溶解在稀HNO₃中．且在常溫下NH₃不易被氧化成NO₂．
②N₂的化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定，常溫下，N₂在空氣中不能氧化成NO₂．
【實驗探究】3Cu+8HNO₃=3Cu （NO₃）₂+2NO↑+4H₂O．
【交流與反思】銅不與稀HCl發(fā)生置換反應(yīng)，是因為銅的金屬活動性弱于氫．而稀HNO₃具有強的氧化性，能與Cu發(fā)生氧化還原反應(yīng)，生成NO等物質(zhì)．

點評 此題是一道實驗探究題，實驗探究題的常見模式一般是由題干提供新信息，然后利用這些新信息以及所學(xué)的知識對問題進行處理，從而訓(xùn)練學(xué)生獲取信息并處理問題的能力．