Question

为什么铜和浓硝酸会先变黑再变红？

Answer 1

铜和浓硝酸反应的过程如下：
首先，浓硝酸和铜的反应会生成二氧化氮气体：
Cu + 4HNO3 Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O
接着，氮氧化物 NO2 会和空气中的水分和氧气反应生成硝酸和一氧化氮：
NO2 + H2O HNO3 + NO
NO + O2 NO2
最终生成的硝酸会和铜离子反应生成棕黑色的二次铜盐：
Cu(NO3)2 + 2HNO3 + Cu 3Cu(NO3)2 + 2NO + H2O
由于二次铜盐具有催化作用，会促进一氧化氮和氧气的反应，生成更多的 NO2 和 HNO3。这个反应过程不断进行，直到反应液中的硝酸被消耗完毕。
在反应初期，铜离子还没有被完全氧化，所以溶液是红色的。但是当大量的二氧化氮生成时，会形成一种棕黑色的气体，进一步的反应会生成棕黑色的二次铜盐。因此，反应过程中出现了黑色的物质。当所有的硝酸被消耗完毕后，反应液变为红棕色。
因此，铜和浓硝酸反应会先变黑再变红。

Answer 2

铜和浓硝酸反应时，首先生成氧气，氧气会在铜表面形成氧化铜黑色沉淀，随着反应的继续，硝酸会进一步氧化铜，生成一种称为四氧化三铜的红色晶体沉淀。所以铜和浓硝酸会先变黑再变红。

具体反应方程式如下：

Cu + 4HNO3 Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O

2Cu + 2HNO3 + O2 2Cu(NO3)2 + H2O

在第一个反应中，铜与硝酸反应生成硝酸铜和氮氧化物（NO2），NO2气体的释放和铜离子的氧化过程都是快速的，但四氧化三铜的反应生成较为缓慢，需要较长时间。表面的黑色沉淀与红色沉淀无化学关联，是氧化铜自身的产物，是铜与氧气的氧化反应产生的。

在化学实验中，为了清晰地观察到红色沉淀，有时会加热反应体系，反应速度加快，而铜和硝酸生成四氧化三铜的红色晶体沉淀就更快，看起来好像铜会直接变成红色。