Question

7．某研究性實(shí)驗(yàn)小組欲驗(yàn)證濃硝酸在與Cu、Ag合金的反應(yīng)過程中除生成NO₂氣體外，還會有少量NO生成、并測定Cu、Ag合金中Cu的質(zhì)量分?jǐn)?shù)．查閱相關(guān)資料表明：“常溫下，NO₂與N₂O₄混合存在，在低于0℃時幾乎只有無色的N₂O₄液體或晶體存在．”為此，他們設(shè)計了如圖所示的裝置．

請回答下列問題
（1）寫出A中Cu與HNO₃反應(yīng)可能的化學(xué)方式Cu+4HNO₃（濃）=Cu（NO₃）₂+2NO₂↑+2H₂O、3Cu+8HNO₃（稀）=3Cu（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O．
（2）實(shí)驗(yàn)開始前先打開A部分的活塞K₁，持續(xù)通入一段時間的氮?dú)庠訇P(guān)閉K₁，其目的是把裝置中的空氣趕走，防止NO被氧化為NO₂；裝置中B瓶的作用是干燥反應(yīng)中生成的氣體．
（3）停止反應(yīng)后，打開D中的活塞K₂并通入O₂，若有NO生成，則D中出現(xiàn)的現(xiàn)象是無色氣體變?yōu)榧t棕色；實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，通入的O₂溫度高低對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象有較大影響，為便于觀察應(yīng)通入（填“熱”或“冷”）熱的O₂．
（4）為減小實(shí)驗(yàn)誤差，在A中反應(yīng)完成和D中出現(xiàn)現(xiàn)象后，還應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行的操作是打開K₁、K₂持續(xù)通入一段時間的N₂和O₂．
（5）實(shí)驗(yàn)測得如下數(shù)據(jù)：實(shí)驗(yàn)前，Cu、Ag合金的質(zhì)量：15.0g，濃HNO₃：40mL 13.5mol•L-¹；實(shí)驗(yàn)后A溶液：V=40mL  c（H⁺）=1.0mol•L-¹．假設(shè)反應(yīng)中HNO₃既無揮發(fā)也無分解，則：
①參加反應(yīng)的HNO₃的物質(zhì)的量為0.5mol．
②若已測出反應(yīng)后E裝置的生成物中含氮元素的質(zhì)量，則為確定合金中Cu的質(zhì)量分?jǐn)?shù)還需測定的數(shù)據(jù)是C中燒瓶在實(shí)驗(yàn)前后增加的質(zhì)量．

Answer 1

分析 （1）依據(jù)銅和濃硝酸反應(yīng)過程中隨硝酸濃度變稀后銅和稀硝酸反應(yīng)生成一氧化氮?dú)怏w；
（2）通入氮?dú)馐桥懦�裝置中的空氣，避免生成的一氧化氮?dú)怏w被氧化為二氧化氮；B裝置是利用濃硫酸的吸水性吸收氣體中的水蒸氣避免在C中 冷卻后水和二氧化氮反應(yīng)生成一氧化氮；
（3）一氧化氮和氧氣反應(yīng)生成紅棕色氣體二氧化氮?dú)怏w；溫度高反應(yīng)速率快；
（4）由于裝置中有殘留的氣體，所以要打開K₁、K₂持續(xù)通入一段時間的N₂和O₂，以把氣體完全排盡；
（5）①硝酸的總的物質(zhì)的量是0.54mol，剩余硝酸是0.04mol，所以參加反應(yīng)的硝酸是0.54mol-0.04mol=0.5mol；
②要計算銅質(zhì)量分?jǐn)?shù)，還需要計算出生成的N₂O₄的質(zhì)量，所以還需要測量C中燒燒瓶在實(shí)驗(yàn)前后增加的質(zhì)量；

解答 解：（1）銅和濃硝酸反應(yīng)生成二氧化氮，過程中隨硝酸濃度變稀后銅和稀硝酸反應(yīng)生成一氧化氮?dú)怏w，反應(yīng)的可能化學(xué)方程式為：Cu+4HNO₃（濃）=Cu（NO₃）₂+2NO₂↑+2H₂O、3Cu+8HNO₃（�。�=3Cu（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O，
故答案為：Cu+4HNO₃（濃）=Cu（NO₃）₂+2NO₂↑+2H₂O、3Cu+8HNO₃（�。�=3Cu（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O；
（2）通入氮?dú)馐桥懦�裝置中的空氣，避免生成的一氧化氮?dú)怏w被氧化為二氧化氮；B裝置是利用濃硫酸的吸水性吸收氣體中的水蒸氣避免在C中冷卻后水和二氧化氮反應(yīng)生成一氧化氮，
故答案為：把裝置中的空氣趕走，防止NO被氧化為NO₂；干燥反應(yīng)中生成的氣體；
（3）A中的反應(yīng)停止后，打開D中的活塞K₂再通入氧氣，若反應(yīng)中確有NO產(chǎn)生，一氧化氮和氧氣反應(yīng)生成紅棕色氣體二氧化氮?dú)怏w，通入氧氣溫度越高反應(yīng)速率越快，通入熱的氧氣，
故答案為：無色氣體變?yōu)榧t棕色；熱；
（4）由于裝置中有殘留的氣體，所以在A中反應(yīng)完成和D中出現(xiàn)現(xiàn)象后還須進(jìn)行的操作是：打開K₁、K₂持續(xù)通入一段時間的N₂和O₂，以把氣體完全排盡；
故答案為：打開K₁、K₂持續(xù)通入一段時間的N₂和O₂；
（5）①硝酸的總的物質(zhì)的量是0.54mol，剩余硝酸是0.04mol，所以參加反應(yīng)的硝酸是0.54mol-0.04mol=0.5mol，
故答案為：0.5；
②要計算銅質(zhì)量分?jǐn)?shù)，還需要計算出生成的N₂O₄的質(zhì)量．所以還需要測量C中燒燒瓶在實(shí)驗(yàn)前后增加的質(zhì)量，
故答案為：C中燒瓶在實(shí)驗(yàn)前后增加的質(zhì)量；

點(diǎn)評 本題為探究性和制備性實(shí)驗(yàn)的試題，綜合性強(qiáng)，理論和實(shí)踐的聯(lián)系緊密，要求學(xué)生必須認(rèn)真審題，通過聯(lián)系所學(xué)過的知識和技能，靈活運(yùn)用并進(jìn)行知識的類比、遷移、重組，全面細(xì)致的思考才能作出正確的解答，題目難度中等．