Question

（12分）某學習小組為證明并觀察銅與稀HNO₃反應的產物是NO，設計了如下圖所示的實驗裝置。請你根據他們的思路，回答有關的問題。

（一）實驗儀器：大試管、玻璃導管、橡皮塞、燒杯、棉花、注射器。
（二）實驗藥品：銅絲、稀硝酸、碳酸鈣顆粒、燒堿溶液。
（三）實驗原理：
銅與稀硝酸反應的離子反應方程式            ①                     。
（四）實驗步驟：
1、按右圖所示連接好裝置，檢驗裝置的     ②     ；
2、向試管中加入一定量的固體藥品（填化學式）    ③  ，然后向試管中倒入過量的稀硝酸，并迅速塞緊帶銅絲和導管的橡皮塞；
3、讓試管中的反應進行一段時間后，用蘸有NaOH溶液的棉花團封住導管口；
4、將銅絲向下移動插入試管液體中，使之與稀硝酸反應；
5、把注射器的針孔插入試管口的橡皮塞中，緩慢向試管內推入空氣。
（五）實驗討論：
1、實驗步驟②的目的是（寫出反應的離子方程式，結合文字說明）
                                       ④                                ；
2、實驗步驟⑤的目的是（寫出反應的化學方程式，結合文字說明）
                                     ⑤                                  。
（六）實驗評價：
該裝置的優點是（任寫一個即可）                  ⑥                  ；
有同學提出：增加右圖所示裝置，在步驟②完成后，當有明顯現象再撤去該裝置，并繼續步驟③的“用蘸有NaOH溶液的棉花團封住導管口”。請評價他的做法    ⑦   。

Answer 1

① 3Cu + 8H⁺ + 2NO₃^－ = 3Cu²⁺ + 2NO↑+ 4H₂O（2分）  ②氣密性（1分） ③CaCO₃（1分）
④ CaCO₃ + 2H⁺ = Ca²⁺ + CO₂↑+ H₂O （2分），利用CO₂排出試管中的空氣，防止O₂與NO反應（1分）
⑤ 2NO + O₂ = 2NO₂（1分）,氣體由無色變紅棕色證明Cu與稀硝酸反應生成NO（1分）
⑥使用可抽動的銅絲能隨時控制反應的開始和結束，節約藥品用量，減少污染氣體的產生。（或使用蘸有NaOH溶液的棉花團封住導管口，可防止NO和NO₂氣體逸出污染大氣。）（2分）
⑦通過石灰水變渾濁的現象準確判斷試管內無空氣后，才進行步驟④，使得出的結論更科學。（1分）

①硝酸是氧化性酸，能和銅發生氧化還原反應，方程式為3Cu + 8H⁺ + 2NO₃^－ = 3Cu²⁺ + 2NO↑+ 4H₂O。
②制氣裝置連接好后，首先檢驗裝置的氣密性。
③由于裝置中含有空氣，會氧化生成的NO，從而干擾實驗，所以需要先排盡裝置中的空氣。可以利用硝酸和碳酸鈣反應生成的CO₂來實現，即加入的固體藥品是碳酸鈣，反應的方程式為CaCO₃ + 2H⁺ = Ca²⁺ + CO₂↑+ H₂O。
⑤由于NO極易被氧化生成紅棕色NO₂，所以目的是證明Cu與稀硝酸反應生成NO的，方程式為2NO + O₂ = 2NO₂。
⑥評價實驗可以從操作的難易程度、尾氣的處理、實驗現象等考慮。根據裝置及實驗過程可知，優點是使用可抽動的銅絲能隨時控制反應的開始和結束，節約藥品用量，減少污染氣體的產生。（或使用蘸有NaOH溶液的棉花團封住導管口，可防止NO和NO₂氣體逸出污染大氣。）
⑦由于在排空氣時，無法判斷是否完全排盡，所以通過石灰水變渾濁的現象，來準確判斷試管內無空氣后，才進行步驟④，使得出的結論更科學。