Question

某化學興趣小組設計了如下實驗裝置，欲探究銅和濃硝酸的反應是否有一氧化氮產生，如果有，什么濃度的硝酸就會產生NO(假設硝酸和銅的反應產物只可能產生NO或NO₂ ，題中所涉氣體體積均為標準狀況下的數據，且忽略反應中溶液體積的變化)。

試回答下列問題:

(1)C裝置中將銅粉分散在石棉絨中的原因是：______________________________；

  B裝置的作用為_______________________________________。

(2)在銅和濃硝酸反應前，擠壓打氣球鼓入空氣，經A、B、C反應后，進人D中的氣體主要是(填化學式)，通入該氣體的目的是______________________________；進行此步操作時應關閉，打開______(填k₁,k₂或k₃)。

(3)關閉k₁,k₂，打開k₃ ，由分液漏斗向裝有一定量銅片的D中滴加14 mol/L濃硝酸10. 00 mL。待Cu和濃硝酸反應結束后，再通過分液漏斗向D中加入CCl₄至滿。你認為這么操作的目的是______________。

(4)若E中出現(xiàn)倒吸，可采取的應急操作是____________________________。

(5)從E裝置所得溶液中取出25. 00 mL，加2-3滴酚酞試液，用0. 1000 mol/L的NaOH溶液滴定，當滴定達到終點時消耗NaOH溶液50. 00 mL；若實驗結束后冷卻到常溫，準確測得F裝置實驗前后量氣管的讀數差值為386. 00 mL。從上述所得數據進行計算、分析，試判斷_____________(“能”或“不能”)完成實驗的探究目的;上述銅與濃硝酸反應中銅片____________(填‘過足”、“不足”或“恰好”)。

Answer 1

【知識點】硝酸的化學性質  實驗綜合 D4  J5

【答案解析】(1)銅粉分散在石棉絨中，能增大與空氣的接觸面積，有利于除去空氣中的氧氣(2分)

  既能干燥氣體防止加熱時儀器炸裂，同時直立于水面F的玻璃管平衡內外氣壓，能顯示實驗過程是否存在堵塞，防止發(fā)生危險(2分)

  (2)N₂(1分)趕走裝置中的空氣(氧氣)，防止可能生成的NO與O₂反應而影響實驗結論(2分)

  k₃   k₁、k₂（共2分，2空全隊才得分）

  (3)將反應產生的全部氣體趕出。使其與E中水完全反應(2分)

  (4)及時的關閉k₃(或將F 中的量氣管向下移動，但不能讓其中的水溢出)(1分)

  (5)能(1分)    不足(1分)

  解析：（1）將銅粉分散在石棉絨中可以增大銅粉與氧氣的接觸面積，加快反應速率，有利于除去空氣中的氧氣；B裝置的作用為既能干燥氣體防止加熱時儀器炸裂，同時直立于水面F的玻璃管平衡內外氣壓，能顯示實驗過程是否存在堵塞，防止發(fā)生危險；
（2）氣球中的空氣成分主要是氧氣、氮氣、二氧化碳、水蒸氣等，通過氫氧化鈉溶液除去二氧化碳，通過濃硫酸除去水蒸氣；C裝置是反應掉空氣中的氧氣，所以進入D裝置的氣體主要是氮氣；

通入氮氣目的是把試管中的空氣排凈，避免生成的一氧化氮氣體被氧氣氧化為二氧化氮，無法驗證銅和濃硝酸反應產物中有一氧化氮氣體生成；

依據氣體流向，開關操作是關閉K₃，打開K₁、K₂，讓氮氣把試管中的空氣趕凈；
（3）關閉K₁、K₂，打開K₃，由分液漏斗向D中滴加濃硝酸，Cu和濃硝酸反應結束后，通過分液漏斗向D中加入CCl₄至滿，因為氮氣和氮氧化物不溶于四氯化碳，是為了把氮氣和生成的氣體全部排入到E裝置吸收；
（4）若E中出現(xiàn)倒吸，可以調節(jié)F中量氣管的液體高度改變壓強，向下調節(jié)量氣管，使E中的壓強減少，防止液體進入E發(fā)生倒吸，或直接關閉K₃，不讓液體進入E裝置，；
（5）E裝置所得溶液為100ml，取出25.00mL，用0.1000mol•L^-1的NaOH溶液滴定，當滴定完成后消耗NaOH溶液50.00mL，設硝酸濃度為C，則25.00mL×C=50.00mL×0.1000mol•L^-1，C=0.20mol/L，E裝置中生成的硝酸溶液體積為100ml，濃度為0.20mol/L，所以生成硝酸物質的量為0.02mol，根據化學方程式3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO，生成的一氧化氮氣體物質的量為0.01mol，在標準狀況下的體積=0.01mol×22.4L/mol=0.224L=224ml，加上原來試管中的氮氣50ml，共計274ml，小于題干中實驗測得的氣體體積386.00ml．說明銅和濃硝酸反應的過程中生成二氧化氮氣體同時也生成了一氧化氮氣體，而實驗目的是探究銅和濃硝酸的反應是否有一氧化氮產生，所以能完成實驗的探究目的。

根據分析銅和濃硝酸反應涉及：Cu+4HNO₃=Cu(NO₃)₂+2NO₂+2H₂O   3Cu+8HNO₃=Cu(NO₃)₂+NO+H₂O，利用兩種氣體計算消耗的硝酸總物質的量為：，實驗加入硝酸的物質的量為，所以硝酸未完全反應，說明加的銅片不足。

【思路點撥】本題考查了硝酸的化學性質應用，量氣管的正確使用方法，關鍵是理解整套裝置的目的是檢驗銅和濃硝酸反應過程中是否有一氧化氮氣體的生成，需要保證裝置中不含有氧氣，計算部分較繁瑣。