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實驗12 銅與濃硫酸、硝酸的反應 銅與濃硫酸、硝酸的反應 1、驗證濃硫酸和硝酸具有強氧化性 2、培養(yǎng)從實驗現(xiàn)象探究實驗本質(zhì)的思維 3、掌握實驗室制取NO2和NO的原理 Cu+2H2SO4(濃)CuSO4 +2H2O +SO2↑ Cu + 4HNO3(濃) ===Cu(NO3)2+ 2NO2↑ +2H2O 3Cu +8HNO3(稀) ===3Cu(NO3)2 +2NO↑ + 4H2O 試管、具支試管、酒精燈、導管、雙孔塞、單孔塞、分液漏斗、試劑瓶、水槽 銅絲、銅片、濃硫酸、濃硝酸、稀硝酸、品紅溶液、紫色石蕊溶液 步驟 實驗現(xiàn)象 實驗結(jié)論 實驗Ⅰ：在一個帶導管的膠塞側(cè)面挖一個凹槽，并嵌入下端卷成螺旋狀的銅絲。在試管中加入2ml濃硫酸，蓋好膠塞，使銅絲與濃硫酸接觸，加熱。把放出的氣體通入品紅溶液和紫色石蕊溶液中。觀察現(xiàn)象。向上拉起銅絲，終止反應，冷卻后，把試管里的液體慢慢倒入盛有少量水的另一支試管里，觀察溶液的顏色。 銅絲表面有氣泡逸出，品紅溶液逐漸變?yōu)闊o色，紫色石蕊溶液逐漸變?yōu)榧t色，將a試管里的溶液慢慢倒入水中，溶液變?yōu)樗{色。 濃硫酸具有強氧化性，和銅發(fā)生氧化還原生成了二氧化硫氣體（具有漂白性）和硫酸銅溶液，反應方程式為Cu+2H2SO4(濃)CuSO4 +2H2O +SO2↑。 實驗Ⅱ：檢查裝置的氣密性良好后，將銅片置于兩支具支試管的底部（如上圖），然后通過分液漏斗分別加入2ml的濃硝酸、稀硝酸，觀察實驗現(xiàn)象。 A試管中銅片表面產(chǎn)生氣泡，銅片溶解，溶液變藍，具支試管上部空間無色變?yōu)榧t棕色，集氣瓶中收集到的是無色的氣體且不能充滿集氣瓶；B試管中銅片表面產(chǎn)生氣泡，銅片溶解，溶液變藍，具支管上部空間由無色變?yōu)榧t棕色，后又變?yōu)闊o色。 硝酸具有強氧化性，銅與濃硝酸反應可以制得紅棕色的NO2，NO2能與水反應；銅與稀硝酸反應可制得NO氣體，NO容易與空氣反應生成紅棕色NO2。反應方程式為2NO+O2===2NO2 3NO2+H2O===2HNO3+NO 在銅與濃硫酸反應中濃硫酸的作用是？ 酸和氧化劑 銅過量，濃硫酸能否完全反應？請說明理由。 不能，銅不與稀硫酸反應，隨著反應的進行，濃硫酸逐漸變稀 為什么要用浸有堿液的棉團塞住試管口？ 吸收多余的SO2，防止污染空氣 A、B集氣瓶中收集到的是什么氣體？如何檢驗？ NO，向集氣瓶中通入少量的氧氣或者空氣，氣體的顏色由無色變?yōu)榧t棕色，說明是NO氣體?；蛘叱诜胖?，瓶口由無色變?yōu)榧t棕色。 （1）銅和濃硫酸反應必須加熱，銅絲下端卷成螺旋狀，增大接觸面積。 （2）常溫下，鋁、鐵在濃硫酸和濃硝酸中不發(fā)生反應，因為發(fā)生鈍化形成氧化膜，阻止進一步反應。 （3）銅與濃硫酸反應，在計算中注意濃硫酸逐漸變稀，無法完全反應。 （4）硝酸的濃度越大，氧化性就越強。 （5）活潑金屬和硝酸反應不生成H2，硝酸的濃度不同，還原產(chǎn)物不同。 1．下列現(xiàn)象或事實可用同一原理解釋的是（） A．濃硫酸和濃鹽酸長期暴露在空氣中濃度降低 B．氯水和活性炭使紅墨水褪色 C．鐵片和鋁片置于冷的濃硫酸中均無明顯現(xiàn)象 D．二氧化硫和過氧化鈉使品紅褪色 【答案】C 【解析】A．濃硫酸具有吸水性，濃度降低是因溶劑增多，而濃鹽酸易揮發(fā)濃度減小是因溶質(zhì)減少，原因不同，A錯誤；B．氯水中HClO具有強氧化性使紅墨水褪色，而活性炭具有吸附性使紅墨水褪色，原理不同，B錯誤；C．鐵片和鋁片置于冷的濃硫酸中均無明顯現(xiàn)象，均是因為發(fā)生了鈍化，原理相同，C正確；D．過氧化鈉具有強氧化性，能使品紅褪色，二氧化硫能使品紅溶液褪色，發(fā)生的是非氧化還原反應，原理不相同，D錯。答案選C。 2．有關銅與濃硫酸的反應下列說法錯誤的是（） A．該反應中氧化劑與還原劑物質(zhì)的量之比為1∶1 B．濃硫酸在反應中既體現(xiàn)出氧化性，又體現(xiàn)出酸性 C．標準狀況下，lmol銅和2mol濃硫酸充分反應可得22.4L氣體 D．1mol銅和足量濃硫酸反應，轉(zhuǎn)移電子個數(shù)為2NA 【答案】C 【解析】A．銅與濃硫酸反應的化學方程式為：Cu＋2H2SO4(濃)CuSO4＋SO2↑＋2H2O，由化學方程式可知，Cu元素的化合價從0價升高到+2價，Cu為還原劑，S元素的化合價一部分從+6價降低到+4價，一部分化合價不變，濃硫酸為氧化劑，氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為1∶1，故A正確；B．由化學方程式可知，濃硫酸與銅反應生成硫酸銅和二氧化硫，生成硫酸銅體現(xiàn)了濃硫酸的酸性，生成二氧化硫體現(xiàn)了濃硫酸的氧化性，故B正確；C．lmol銅和2mol濃硫酸充分反應，隨著反應的進行，濃硫酸變成稀硫酸，反應停止，銅和硫酸均不能完全反應，則產(chǎn)生的氣體在標準狀況下小于22.4L，故C錯誤；D．Cu元素的化合價從0價升高到+2價，1mol銅和足量濃硫酸反應，轉(zhuǎn)移電子2mol，轉(zhuǎn)移電子個數(shù)為2NA，故D正確；答案選C。 3．將足量的銅片與100mL 18molL?1濃硫酸加熱充分反應，收集到標準狀況下的氣體VL，下列對此反應的有關說法中錯誤的是（） A．該反應體現(xiàn)了濃硫酸的酸性和強氧化性 B．反應結(jié)束后兩種反應物均有剩余 C．被還原的硫酸為mol D．參加反應的Cu為 【答案】D 【解析】濃硫酸中n(H2SO4)=0.1L18molL?1=1.8mol，反應的方程式為Cu+2H2SO4(濃) CuSO4+SO2↑+2H2O。A．由反應Cu+2H2SO4(濃)CuSO4+SO2↑+2H2O，則該反應體現(xiàn)了濃硫酸的酸性和強氧化性，故A正確；B．反應結(jié)束后銅過量有剩余，硫酸的濃度逐漸降低，而銅與稀硫酸并不反應，則硫酸也有剩余，剩余兩種反應物均有剩余，故B正確；C．由反應Cu+2H2SO4(濃)CuSO4+SO2↑+2H2O，被還原的硫酸為mol，故C正確；D．隨著反應的進行，硫酸的濃度逐漸降低，而銅與稀硫酸并不反應，因此，被還原的硫酸的物質(zhì)的量應小于一半，即小于0.9mol，則參加反應的Cu也小于0.9mol；參加反應的Cu小于0.9mol，故D錯誤；故選D。 4．在常溫下，下列操作中不能區(qū)別濃硫酸和稀硫酸的是（） A．分別加入鐵片 B．分別加入蔗糖 C．分別加入銅片 D．分別加入硫酸銅晶體 【答案】C 【解析】A．常溫下，鐵和稀硫酸反應生成氫氣，鐵和濃硫酸發(fā)生鈍化現(xiàn)象，現(xiàn)象不同，所以可以區(qū)別，故A錯誤；B．濃硫酸具有強氧化性、脫水性，能使蔗糖被氧化而變黑，稀硫酸不能使蔗糖被氧化，所以現(xiàn)象不同，可以區(qū)別，故B正確；C．常溫下，銅不與濃硫酸反應。濃硫酸、稀硫酸都是無色液體，所以觀察外表無法區(qū)別，故C錯誤；D．濃硫酸具有吸水性，能使硫酸銅晶體變?yōu)闊o色，而稀硫酸不能使硫酸銅晶體變?yōu)闊o色，現(xiàn)象不同，可以區(qū)別，故D錯誤；故選C。 5．工業(yè)上制取硫酸銅不是直接用濃硫酸與銅反應，而是將銅絲浸入稀硫酸中并不斷地從容器下部吹入細小的空氣泡，這樣做的優(yōu)點是（） ①節(jié)省能源　②不產(chǎn)生污染大氣的二氧化硫?、厶岣吡肆蛩岬睦寐省、芴岣吡算~的利用率 A．①② B．③④ C．①②③ D．全部 【答案】C 【解析】此方法符合“綠色化學”的宗旨，從制備的各個環(huán)節(jié)中都能防止污染和浪費。濃硫酸與銅加熱反應生成硫酸銅、二氧化硫和水，二氧化硫有毒，對環(huán)境有危害；將銅絲浸入稀硫酸中并不斷地從容器下部吹入細小的空氣泡，銅、氧氣和稀硫酸共同反應生成硫酸銅和水，不產(chǎn)生有害氣體，避免對環(huán)境的污染，同時提高了硫酸的利用率，節(jié)省了能源，①②③均符合題意，C正確；正確選項C。 6．用以下三種途徑來制取等質(zhì)量的硝酸銅。 ①銅與稀硝酸反應； ②銅與濃硝酸反應； ③銅先與氧氣反應生成氧化銅，氧化銅再跟硝酸反應。以下敘述不正確的是（） A．三種途徑所消耗銅的質(zhì)量相等 B．三種途徑所消耗硝酸的物質(zhì)的量是①>②>③ C．途徑③的制備方法最符合“綠色化學”理念 D．途徑①中被氧化的銅與被還原的硝酸的物質(zhì)的量之比是3∶2 【答案】B 【解析】制取硝酸銅的有關反應①銅與稀硝酸反應：3Cu+8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2+2 NO↑+4H2O；②銅與濃硝酸反應：Cu+4HNO3(濃) ===Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O；③銅先與氧氣反應生成氧化銅，氧化銅再跟硝酸反應：2Cu+O22CuO，CuO+2HNO3=Cu(NO3)2+H2O ；A．銅元素都生成了硝酸銅，所以制取等量的硝酸銅消耗銅的質(zhì)量相等，A正確；B．根據(jù)上述的反應途徑結(jié)合反應式可知三種途徑所消耗硝酸的物質(zhì)的量是②>①>③，B錯誤；C．途徑③的制備方法中原子利用率最高，且沒有污染環(huán)境的氣體產(chǎn)生，所以最符合“綠色化學”理念，C正確；D．途徑①中被氧化的銅與被還原的硝酸的物質(zhì)的量之比是3∶2，D正確，答案選B。 7．下列對于硝酸的認識，不正確的是（） A．濃硝酸和稀硝酸都具有氧化性 B．銅與硝酸的反應屬于置換反應 C．硝酸可氧化Fe2+D．可用鐵或鋁制品盛裝濃硝酸 【答案】B 【解析】硝酸具有強氧化性，故A正確；銅與硝酸沒有單質(zhì)生成不屬于置換反應，故B錯誤；硝酸可把Fe2+氧化為Fe3+，故C正確；濃硝酸能使鐵或鋁鈍化，可用鐵或鋁制品盛裝濃硝酸，故D正確。 8．足量的銅與一定量的濃硝酸反應得到硝酸銅溶液和NO、N2O4、NO2的混合氣體，這些氣體與1.68LO2（標準狀況）混合后通入水中，所有氣體完全被水吸收生成硝酸，則和銅反應的硝酸的物質(zhì)的量可能是（） A．0.55mol B．0.4mol C．0.6mol D．0.65mol 【答案】A 【解析】由題知，銅化合價升高數(shù)=硝酸化合價降低數(shù)=氧氣化合價降低數(shù)=4=0.3mol，n(Cu)==0.15mol，和銅反應的硝酸的物質(zhì)的量=生成Cu(NO3)2的硝酸的物質(zhì)的量+發(fā)生還原反應的硝酸的物質(zhì)的量。（1）硝酸被還原為NO，硝酸的物質(zhì)的量為：0.152+=0.4mol；（2）硝酸被還原為N2O4、NO2，硝酸物質(zhì)的量為：0.152+0.3=0.6mol；（3）硝酸被還原為NO、N2O4、NO2的混合氣體，硝酸的物質(zhì)的量為：在0.4-0.6之間。答案選A。 9．下列反應的離子方程式書寫正確的是（） A．鹽酸與氨水反應：H++OH===H2O B．銅粉與稀硝酸的反應：3Cu+8H++2NO===3Cu2++2NO↑+4H2O C．Cl2與H2O的反應：Cl2+H2O2H++Cl+ClO- D．碳酸鈣溶液與足量稀鹽酸的反應：CO+2H+===H2O+CO2↑ 【答案】B 【解析】A．一水合氨為弱電解質(zhì)，反應的離子方程式為NH3H2O+H+===NH+H2O，故A錯誤；B．銅粉與稀硝酸反應生成NO，其反應的離子方程式為：3Cu+8H++2NO===3Cu2+ +2NO↑+4H2O，故B正確；C．氯氣與水反應生成的次氯酸為弱酸，應該用化學式表示，故C錯誤；D．鹽酸與碳酸鈣反應制備二氧化碳的離子反應為CaCO3+2H+===CO2↑+H2O+Ca2+，故D錯誤；故選B。 10．下列實驗裝置不能達到實驗目的的是（） A B C D 實驗室制取蒸餾水 用SO2和NaOH溶液做噴泉實驗 證明Na2CO3的熱穩(wěn)定性比NaHCO3好 證明銅與濃硝酸的反應是放熱反應 【答案】C 【解析】A．符合制取蒸餾水的原理，A正確；B．二氧化硫易溶于氫氧化鈉溶液，使燒瓶中氣體壓強減小，燒杯中的液體進入燒瓶，產(chǎn)生噴泉，B正確；C．裝置中兩者受熱溫度不同，但是碳酸氫鈉在較低溫度下就能分解而碳酸鈉在較高溫度下不分解，因此不能說明碳酸鈉比碳酸氫鈉穩(wěn)定，故C錯誤；D．若為放熱反應，則試管中氣體受熱，壓強增大，U形管中液面，左邊下降，右邊上升，故D正確；綜上所述，本題答案為C。 11．某化學小組欲進行如下的實驗探究金屬與濃硫酸反應。試回答下列問題： （1）利用上圖裝置研究銅與濃硫酸反應，反應的化學方程式為_____________________ ____________________________。C裝置的作用_________________________________。 （2）將上述實驗中的銅改為鐵，在常溫下進行，無明顯現(xiàn)象，其原因是______________ ________________________。在加熱條件下，實驗的后階段可觀察到倒立的漏斗邊沿有氣體冒出，該氣體可能為_______。 （3）驗證該氣體的實驗方案如下： ①裝置連接順序：X→ ___→___→___→___→a→b→_____； ②能證明上述假設成立的實驗現(xiàn)象是_____________。 ③某學習小組經(jīng)過討論認為該實驗方案還不夠嚴謹，你認為是否合理，若合理，則不作答，若不合理，請指出不嚴謹之處__________________________。 ④若把D中的反應液傾倒入盛水的燒杯中，為氧化其中的某離子，可供選用的試劑：a、Cl2；b、Br2；c、稀硫酸和H2O2，從無污染角度考慮，你認為合適試劑是______(填字母)，反應的離子反應方程式為_________________________________________________。 【答案】（1）Cu+2H2SO4(濃)CuSO4+SO2↑+2H2O 吸收尾氣，防止污染環(huán)境；防倒吸（2）常溫下，濃硫酸使Fe鈍化 H2 （3）①x→c→d→e→f→a→b→g ②E中固體由黑色變紅色，H中固體白色變藍色 ③應在h之后添加一個盛裝堿石灰的球形干燥管 ④C 2Fe2++H2O2+2H+===2Fe3++2H2O 【解析】（1）濃硫酸具有強氧化性，在加熱條件下與Cu反應生成CuSO4、SO2和H2O，故化學方程式為：Cu+2H2SO4(濃)CuSO4+SO2↑+2H2O；C裝置的作用吸收尾氣，防止污染環(huán)境、防倒吸；（2）若將上述實驗中的銅改為鐵，在常溫下進行，無明顯現(xiàn)象，其原因是常溫下，濃硫酸使Fe鈍化；在加熱條件下，實驗的后階段可觀察到倒立的漏斗邊沿有氣體冒出，這是因為實驗后階段濃硫酸變?yōu)橄×蛩?，稀硫酸與鐵反應會產(chǎn)生氫氣，故該氣體可能為H2；①若要驗證該氣體是氫氣，根據(jù)可供選擇的裝置及藥品，先除去二氧化硫，再吸水干燥，然后通入灼熱的氧化銅，最后檢驗產(chǎn)物是水，所以裝置連接順序：x→c→d→e→f→a→b→g；②若E中(硬質(zhì)玻璃管)黑色粉末變紅，說明生成了銅單質(zhì)，同時H中(球形干燥管)固體由白色變?yōu)樗{色，說明生成了水，由此可證明上述假設成立；③有不嚴謹之處，應在h之后添加一個盛裝堿石灰的球形干燥管；④若把D中的反應液傾倒入盛水的燒杯中，為氧化其中的亞鐵離子，選項稀硫酸和H2O2時產(chǎn)物為水，無污染故合適，試劑選C，反應的離子反應方程式為2Fe2++H2O2+2H+===2Fe3++2H2O。 12．某課外小組準備在實驗室配制95mL1.0molL?1的硝酸溶液，然后再研究金屬銅與硝酸的反應情況。 （1）配制95mL1.0molL?1的硝酸溶液，需要的儀器除燒杯、玻璃棒、量筒、膠頭滴管外，還需要的玻璃儀器是_____________。 （2）若用10molL?1的濃硝酸來配制上述溶液，需要量取濃硝酸的體積是_________mL。 （3）配制過程中，下列操作會引起濃度偏小的是________。 A．定容搖勻后發(fā)現(xiàn)液面低于刻度線，再加水至刻度線 B．定容時俯視容量瓶的刻度線 C．將溶液轉(zhuǎn)入容量瓶后，沒有洗滌燒杯和玻璃棒，就進行定容操作 D．容量瓶用蒸餾水洗滌后未烘干 E．量取濃硝酸后，用少量蒸餾水洗滌量筒并將洗滌液也放入燒杯 （4）課外小組同學將制得的硝酸與銅片在下列裝置中反應，反應初期觀察到大試管中的液體a逐漸變?yōu)樗{色，試管上方有淺紅棕色氣體出現(xiàn)。 ①反應初期液體a逐漸變?yōu)樗{色是由于反應生成了_________(填化學式)。 ②請解釋反應初期試管上方有淺紅棕色氣體出現(xiàn)的理由___________________________ __________________________________________________ (結(jié)合化學方程式說明)。 ③導致紅棕色氣體在試管c中顏色消失的反應方程式為___________________________。 【答案】（1）100mL容量瓶 （2）10.0 （3）AC （4）①Cu(NO3)2 ②裝置中有空氣，將NO氣體氧化為紅棕色的NO2氣體，2NO+O2 ===2NO2 ③3NO2+H2O===2HNO3+NO 【解析】（1）實驗室沒有95mL規(guī)格的容量瓶，必須配制100mL，配制100mL1.0 molL?1的硝酸溶液步驟為：計算、稱量、溶解冷卻、移液、洗滌、定容、搖勻、裝瓶，用到的玻璃儀器有：燒杯、玻璃棒、100ml容量瓶、膠頭滴管，所以需要的玻璃儀器是：100mL容量瓶；（2）配制100mL1.0molL?1的硝酸溶液，設需要10molL?1的濃硝酸體積為V，則依據(jù)溶液稀釋過程中溶質(zhì)的物質(zhì)的量不變得：100mL1.0molL?1=10molL?1V，解得V=10mL；（3）A．定容搖勻后發(fā)現(xiàn)液面低于刻度線，再加水至刻度線，導致溶液體積偏大，溶液濃度偏低，選項A選；B．定容時俯視容量瓶的刻度線，導致溶液體積偏小，溶液濃度偏高，選項B不選；C．將溶液轉(zhuǎn)入容量瓶后，沒有洗滌燒杯和玻璃棒，就進行定容操作，導致部分溶質(zhì)損耗，溶質(zhì)的物質(zhì)的量偏小，溶液濃度偏低，選項C選；D．容量瓶用蒸餾水洗滌后未烘干，對溶質(zhì)的物質(zhì)的量和溶液體積都不產(chǎn)生影響，溶液濃度不變，選項D不選；E．量取濃硝酸后，用少量蒸餾水洗滌量筒并將洗滌液也放入燒杯，則相當于所量硝酸偏多，導致所配溶液濃度偏大，選項E不選。答案選AC；（4）①銅與硝酸反應生成硝酸銅，化學式為Cu(NO3)2；②裝置中有空氣，將NO氣體氧化為紅棕色的NO2氣體，2NO+O2===2NO2，即使開始沒有NO2而只有NO氣體也可能變成紅棕色，反應初期試管上方有淺紅棕色氣體出現(xiàn)；③二氧化氮能夠與水反應生成硝酸和一氧化氮，反應方程式：3NO2+H2O===2HNO3+NO，所以紅棕色氣體在試管c中顏色消失。