实验设计 实验评价 实验探究 在综合实验题中的全面体现

在近几年的高考中,实验题一直是理综化学试题的压轴题。试题均突出了“实验设计、实验评价和实验探究”的特点。NO、NO2、HNO3是氮族元素的重要化合物。HNO3与金属单质或非金属单质反应产物的分析判断、实验装置的设计和实验探究、NO与NO2相互转变是命题的热点。本文通过对以下两个实验的分析,帮助学生复习HNO3的性质并培养学生的综合实验能力。

[例1]铜与浓、稀硝酸反应的产物不同,实验现象也不同。某课外化学研究小组为了证明铜与稀硝酸反应的产物不是NO2或H2,而是NO,设计了如图1所示的实验装置(固定装置已略去)。

a、b均为可以自由移动的铜丝,c为充气囊,d、e、f均为止水夹。

1.回答下列问题

(1)装置A中的干燥管内应放入(填序号)。

A、铜屑B、石灰石C、木炭D、纯碱晶体

其目的是。

(2)为证明A中产生的气体是NO而不是NO2或H2,具体的方法是。

(3)装置A中铜丝与稀硝酸反应的离子方程式是。

(4)在实验过程中,装置D中的现象是先变浑浊,用充气囊c向装置中充入空气后又变澄清。其原因可能是(用化学方程式回答)。

(5)在实验过程中,时开始收集NO气体。具体的操作是。

(6)如果将等质量的铜片分别放入等体积过量的浓硝酸、稀硝酸中,完全反应后(忽略溶液的体积变化),所得溶液前者呈绿色,后者呈蓝色。甲同学认为是Cu2+的浓度不同的原因。这种说法是否正确?(填是或否)。乙同学认为前者溶液呈绿色,可能是反应生成的NO2一部分溶解于Cu(NO3)2溶液中的原因。请设计一个简单的实验进行证明(叙述实验方案和实验现象)。

2.分 析

(1)为了观察到无色的NO气体的生成,必须保证装置中没有O2。利用石灰石与稀硝酸反应生成CO2,把装置中的O2(空气)排出。

(2)观察装置A产生无色气体,证明不是NO2;用充气囊c向装置中充入空气,会发生反应2NO+O2=2NO2,装置C中气体由无色变为红棕色,证明不是H2。

(3)铜与稀硝酸反应的离子方程式是3Cu+8H++2NO3-=3Cu2++2NO+4H2O。

(4)装置D中的现象是先变浑浊,原因是CO2与石灰水反应生成CaCO3沉淀。然后又变澄清,原因可能是CO2与CaCO3和水反应生成可溶的Ca(HCO3)2;也可能是NO2与装置C中的水反应生成HNO3而溶解CaCO3沉淀。

(5)当装置D中的澄清石灰水变浑浊时,证明装置A、C中的空气已经排净,充满了CO2气体,开始收集NO。此时应打开e关闭f。

(6)依据题意,所得溶液中Cu2+的物质的量相等,溶液体积相等。则Cu2+的物质的量浓度必然相等,因此这种说法是错误的。利用气体的溶解度随温度的升高而减小的性质,将所得绿色溶液加热,如果有红棕色气体产生且溶液变为蓝色,说明是反应生成的NO2溶解于Cu(NO3)2溶液中的原因。

3.参考答案

(1)B;利用石灰石与稀硝酸反应生成的CO2,把装置中的O2(空气)排出。

(2)观察装置B中为无色气体,证明不是NO2;用双连充气球向装置B中充入空气,如果气体变为红棕色,证明不是H2。则说明气体是NO。

(3)3Cu+8H++2NO3-=3Cu2++2NO+4H2O。

(4)CO2+Ca(OH)2=CaCO3+H2O;

CO2+CaCO3+H2O=Ca(HCO3)2;

2HNO3+CaCO3=Ca(NO3)2+H2O+CO2。

(5)当装置D中的澄清石灰水变浑浊时;打开e关闭f。

(6)否;将所得绿色溶液加热,如果有红棕色气体产生且溶液变为蓝色,说明是反应生成的NO2溶解于Cu(NO3)2溶液中的原因。

[例2]碳与浓硝酸反应除生成水外,还有其它产物。为分析判断其它产物,并研究NO与NO2的相互转化。某校化学课外活动小组设计了如图2所示的实验装置。

1.实验步骤

实验步骤如下:①用酒精灯预热A中试管;②向A中试管加入几块红热的木炭,迅速塞好胶塞;③逐滴加入浓硝酸;反应即可持续进行。回答下列问题:

(1)向A中试管加入几块红热的木炭,迅速塞好胶塞。逐滴

加入浓硝酸 ,反应即可持续进行。说明,反应的化学方程式为。

(2)填写下列表格:

(3)装置B的作用是。

(4)当装置A中反应完全后,关闭,打开。用双连打气球向装置D中充入过量空气,装置D、E中发生反应的化学方程式为。

(5)实验结束后,装置C中产生10g沉淀。若忽略装置中空气中的CO2,则反应中被还原的HNO3的质量为g。

2.解 析

(1)反应可以连续进行,说明木炭与浓硝酸反应是放热反应。

(2)装置A中持续生成红棕色气体,才能说明生成NO2气体;装置C中澄清石灰水变浑浊,说明有CO2生成。

(3)装置B中的水与NO2反应生成HNO3和NO。防止NO2进入装置C与石灰水反应,而NO不与石灰水反应。从而装置C中的石灰水只吸收CO2而产生沉淀。

(4)为了使空气能进入装置D,气体再流向装置E。应关闭a打开b。NO与空气中的O2反应生成NO2;NO2与烧碱溶液中的水反应生成HNO3和NO;HNO3与NaOH反应生成NaNO3和H2O。

(5)利用电子得失守恒和碳元素守恒计算被还原的HNO3的质量。m(HNO3)=10g÷100g/mol×4×63g/mol=25.2g

3.参考答案

(1)木炭与浓硝酸反应是放热反应;C+4HNO3(浓)=CO2+4NO2+2H2O

(3)吸收混合气体中的NO2,防止NO2气体进入装置C与石灰水反应。

(4)a;b;2NO+O2=2NO2;3NO2+H2O=2HNO3+NO;HNO3+NaOH=NaNO3+H2O。

(5)25.2。

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