Question

18．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(huì)有少量NO生成、并測(cè)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(shí)幾乎只有無色的N₂O₄液體或晶體存在．”為此，他們?cè)O(shè)計(jì)了如圖所示的裝置．

請(qǐng)回答下列問題
（1）寫出A中Cu與HNO₃反應(yīng)可能的化學(xué)方程式Cu+4HNO₃（濃）=Cu（NO₃）₂+2NO₂↑+2H₂O、3Cu+8HNO₃（�。�=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(shí)間的氮?dú)庠訇P(guān)閉K₁，其目的是排除系統(tǒng)的空氣，防止NO氧化為NO₂；裝置中B瓶的作用是吸收水蒸氣，防止水蒸氣在C中冷凝后與NO₂反應(yīng)產(chǎn)生NO．
（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)象是無色氣體變成紅棕色氣體．
（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(shí)間的N₂和O₂．
（5）實(shí)驗(yàn)測(cè)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•L¹；實(shí)驗(yàn)后A溶液：V=40mL c（H⁺）=1.0mol•L¹．假設(shè)反應(yīng)中HNO₃既無揮發(fā)也無分解，則：參加反應(yīng)的HNO₃的物質(zhì)的量為0.5mol．
（6）若已知Cu、Ag合金的質(zhì)量為m g，且溶解完全．請(qǐng)利用A裝置中反應(yīng)后的溶液進(jìn)行簡(jiǎn)單的操作，以確定合金中Cu的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，其實(shí)驗(yàn)過程為在A中加入過量的Cl^-的溶液，過濾、洗滌、干燥并稱量沉淀的質(zhì)量．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)銅和濃硝酸反應(yīng)生成二氧化氮、硝酸銅和水，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，硝酸濃度變稀，銅和稀硝酸反應(yīng)生成一氧化氮?dú)怏w，硝酸銅和水；
（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)生成紅棕色二氧化氮?dú)怏w；
（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(shí)間的N₂和O₂，以把氣體完全排盡；
（5）硝酸的總的物質(zhì)的量n=13.5mol•L¹×0.04L=0.54mol，剩余硝酸n=1mol•L¹×0.04L=0.04mol，確定反應(yīng)的硝酸的物質(zhì)的量；
（6）銅銀合金和硝酸全部反應(yīng)生成銅鹽和銀鹽，利用A裝置中銀離子和氯離子形成的沉淀稱量計(jì)算得到合金中銅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)．

解答 解：（1）銅和濃硝酸反應(yīng)生成二氧化氮、硝酸銅和水，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，硝酸濃度變稀，銅和稀硝酸反應(yīng)生成一氧化氮?dú)怏w，硝酸銅和水，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：排除系統(tǒng)的空氣，防止NO氧化為NO₂；吸收水蒸氣，防止水蒸氣在C中冷凝后與NO₂反應(yīng)產(chǎn)生NO；
（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；
故答案為：無色氣體變成紅棕色氣體；
（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(shí)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(shí)間的N₂和O₂；
（5）硝酸的總的物質(zhì)的量n=13.5mol•L¹×0.04L=0.54mol，剩余硝酸n=1mol•L¹×0.04L=0.04mol，所以參加反應(yīng)的硝酸是0.54mol-0.04mol=0.5mol；
故答案為：0.5mol；
（6）銅銀合金和硝酸全部反應(yīng)生成銅鹽和銀鹽，利用A裝置中銀離子和氯離子形成的氯化銀沉淀稱量，即在A中加入過量的Cl^-的溶液，過濾、洗滌、干燥并稱量沉淀的質(zhì)量，從而計(jì)算得到合金中銅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，
故答案為：在A中加入過量的Cl^-的溶液，過濾、洗滌、干燥并稱量沉淀的質(zhì)量．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了物質(zhì)性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，涉及硝酸性質(zhì)，實(shí)驗(yàn)步驟和產(chǎn)物性質(zhì)及其反應(yīng)現(xiàn)象是解題關(guān)鍵，難度中等．