Question

為了研究銅與硝酸反應(yīng)，化學(xué)興趣小組設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)裝置，其中a、b、c是活塞．

（1）裝藥品前，按圖裝置連接后，如何檢驗(yàn)氣密性？

 

（2）按圖裝藥品后，如果開啟a和c，關(guān)閉b，則Ⅱ中的現(xiàn)象是

 

．
（3）如果將Ⅰ管中的稀硝酸換成濃硝酸，開啟a和c，關(guān)閉b，過一會(huì)觀察，可以看到Ⅱ里沒入水中的導(dǎo)管有氣泡冒出，導(dǎo)管內(nèi)氣體呈紅棕色，液面上氣體為無色，試用文字及方程式解釋這一現(xiàn)象：

 

．
（4）在實(shí)驗(yàn)（2）中，要使Ⅱ里的氣體始終保持無色，應(yīng)該怎樣操作？

 

（5）在實(shí)驗(yàn)（2）中，如果裝置Ⅰ、Ⅱ里液面上空間的總體積為VmL，空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)為21%，實(shí)驗(yàn)在標(biāo)準(zhǔn)狀況下進(jìn)行，全部氧氣通過反應(yīng)轉(zhuǎn)化為硝酸；實(shí)驗(yàn)開始時(shí)加入的銅為mg，實(shí)驗(yàn)完畢后剩余的銅為ng，Ⅱ中所得溶液的體積也是VmL（不考慮裝置外空氣的可能進(jìn)入）．則Ⅱ中所得溶液的物質(zhì)的量濃度是

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：性質(zhì)實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)

專題：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題

分析：（1）形成密閉體系，通過改變壓強(qiáng)，形成壓強(qiáng)差，觀察液面變化來看氣密性；
（2）按圖裝藥品后，如果開啟a和c，關(guān)閉b，銅和稀硝酸反應(yīng)生成一氧化氮?dú)怏w，一氧化氮易和氧氣反應(yīng)生成二氧化氮，二氧化氮為紅棕色氣體；
（3）濃硝酸和銅反應(yīng)生成二氧化氮?dú)怏w，二氧化氮和水反應(yīng)生成無色的一氧化氮?dú)怏w；
（4）要保持Ⅱ里的氣體始終保持無色，應(yīng)保證沒有氧氣，故應(yīng)把裝置里的空氣排凈，利用Ⅲ裝置反應(yīng)生成的二氧化碳?xì)怏w趕凈裝置中的空氣避免對(duì)一氧化氮?dú)怏w檢驗(yàn)的干擾；
（5）一氧化氮和氧氣反應(yīng)生成硝酸的反應(yīng)為：4NO+3O₂+2H₂O=4HNO₃，根據(jù)公式c=

n

V

來計(jì)算濃度．

解答： 解：（1）開a、b、c，在兩邊的長頸漏斗中加水浸沒端口，然后關(guān)c，形成密閉體系，繼續(xù)加水，在長頸漏斗的頸部保留一段水柱，形成液面差，觀察水柱液面，如果液面不下降，則氣密性好，否則，氣密性不好；
故答案為：開a、b、c，在兩邊的長頸漏斗中加水浸沒端口，然后關(guān)c，繼續(xù)加水，在長頸漏斗的頸部保留一段水柱，觀察水柱液面，如果液面不下降，則氣密性好．
（2）按圖裝藥品后，如果開啟a和c，關(guān)閉b，銅和稀硝酸反應(yīng)生成一氧化氮?dú)怏w，離子反應(yīng)為3Cu+2NO₃^-+8H⁺═3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O，故Ⅱ中有氣泡冒出，一氧化氮易和氧氣反應(yīng)生成二氧化氮，二氧化氮為紅棕色氣體，故液面上出現(xiàn)紅棕色氣體；
故答案為：導(dǎo)管口有氣泡冒出，液面上氣體轉(zhuǎn)化為紅棕色；
（3）因銅與濃硝酸反應(yīng)生成硝酸銅、NO₂和水，其離子反應(yīng)為Cu+2NO₃^-+4H⁺═Cu²⁺+2NO₂↑+2H₂O，故觀察到Ⅱ里沒入水中的導(dǎo)管有氣泡冒出，導(dǎo)管內(nèi)氣體呈紅棕色，紅棕色的NO₂與水反應(yīng)生成無色的NO氣體．3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO，故液面上氣體為無色，
故答案為：銅與濃硝酸反應(yīng)的離子反應(yīng)為Cu+2NO₃^-+4H⁺═Cu²⁺+2NO₂↑+2H₂O，故導(dǎo)管內(nèi)氣體呈紅棕色，紅棕色的NO₂與水反應(yīng)3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO，故液面上氣體為無色；
（4）要保持Ⅱ里的氣體始終保持無色，應(yīng)保證沒有氧氣，故應(yīng)把裝置里的空氣排凈，利用Ⅲ裝置反應(yīng)生成的二氧化碳?xì)怏w趕凈裝置中的空氣避免對(duì)一氧化氮?dú)怏w檢驗(yàn)的干擾；關(guān)a開b、c，碳酸鈣和鹽酸反應(yīng)的離子方程式為CaCO₃+2H⁺═Ca²⁺+CO₂↑+H₂O，產(chǎn)生的氣體把II中的空氣全部排出后，關(guān)b開a、c．
故答案為：關(guān)a開b、c，經(jīng)過一定的時(shí)間，待II中的空氣全部排出后，關(guān)b開a、c；
（5）一氧化氮和氧氣反應(yīng)生成硝酸的反應(yīng)為：4NO+3O₂+2H₂O=4HNO₃，設(shè)生成硝酸的物質(zhì)的量為x，則
4NO+3O₂+2H₂O=4HNO₃
4    3          4
  

V×21%

22.4

      x
解得x=

4× V×21% 22.4

3

=0.0125Vmol，根據(jù)c=

0.0125vmol

VL

=0.0125mol?L^-1，
故答案為：0.0125mol?L^-1．

點(diǎn)評(píng)：本題考查性質(zhì)實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)，為高頻考點(diǎn)，把握實(shí)驗(yàn)裝置的作用、發(fā)生的反應(yīng)及NO易被氧化為解答的關(guān)鍵，側(cè)重分析能力與實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ木C合考查，題目難度中等．