Question

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(guò)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(wú)色的N2O4液體或晶體存在。”為此，他們?cè)O(shè)計(jì)了如下圖所示的裝置。

請(qǐng)回答下列問(wèn)題

（1）寫(xiě)出A中Cu與HNO3反應(yīng)可能的化學(xué)方程式 。

（2）實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前先打開(kāi)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 ；裝置中B瓶的作用是 。

（3）停止反應(yīng)后，打開(kāi)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 ；實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，通入的O2溫度高低對(duì)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”） 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

。

（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 13.5 mol·L?1；實(shí)驗(yàn)后A溶液：V＝40mL c(H+)＝1.0 mol·L?1。假設(shè)反應(yīng)中HNO3既無(wú)揮發(fā)也無(wú)分解，則：

①參加反應(yīng)的HNO3的物質(zhì)的量為 mol。

②若已測(cè)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(cè)定的數(shù)據(jù)是 。

（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(guò)程為 。

 

Answer 1

21．(12分)（1）Cu+4HNO3(濃)==Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O

3Cu+8HNO3(稀)==3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O （寫(xiě)對(duì)一個(gè)給1分，兩個(gè)都對(duì)給3分）

（2）把裝置中的空氣趕走，防止NO被氧化為NO2 (1分，寫(xiě)出防止NO被氧化為NO2就給分)

干燥反應(yīng)中生成的氣體 (1分) （3）無(wú)色氣體變?yōu)榧t棕色 (1分) 熱 (1分)

（4）打開(kāi)K1、K2持續(xù)通入一段時(shí)間的N2和O2(1分)（5）①0.5(1分)

②C中燒瓶在實(shí)驗(yàn)前后增加的質(zhì)量 (1分)

（6）在A中加入過(guò)量含Cl—溶液，過(guò)濾后，將沉淀洗滌、干燥，最后稱(chēng)取沉淀的質(zhì)量 (2分)

【解析】

試題分析：（1）濃硝酸的還原產(chǎn)物是NO2，但由于隨著反應(yīng)的進(jìn)行，硝酸的濃度逐漸變稀，會(huì)生成NO，所以反應(yīng)的方程式是Cu+4HNO3(濃)==Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O 、3Cu+8HNO3(稀)==3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O；

（2）由于裝置中含有空氣，而空氣能把NO氧化生成NO2，從而干擾實(shí)驗(yàn)的檢驗(yàn)，所以這樣操作的目的是趕走裝置中的空氣，防止NO被氧化為NO2。由于生成的氣體中含有水蒸氣，而NO2能和水反應(yīng)生成NO，從而無(wú)法確認(rèn)銅與硝酸反應(yīng)是否生成了NO氣體，所以B裝置的作用是干燥反應(yīng)中生成的氣體；

（3）NO極易被氧氣氧化生成紅棕色的NO2，所以實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是無(wú)色氣體變?yōu)榧t棕色。由于存在可逆反應(yīng)2NO2N2O4，又因?yàn)樵摲磻?yīng)是放熱反應(yīng)，所以熱的空氣可以使平衡 2NO2N2O4向逆方向移動(dòng)，因此NO2濃度增大，從而導(dǎo)致顏色加深，所以應(yīng)該通入熱的氧氣；

（4）由于裝置中有殘留的氣體，所以在D中觀察到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象后還須進(jìn)行的操作是：打開(kāi)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）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(jì)算銅質(zhì)量分?jǐn)?shù)，還需要計(jì)算出生成的N2O4的質(zhì)量。所以還需要測(cè)量C中燒瓶在實(shí)驗(yàn)前后增加的質(zhì)量

（6）由于反應(yīng)后金屬生成了硝酸鹽，所以要測(cè)定該銀圓中銅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，還需要把金屬陽(yáng)離子變成沉淀，然后通過(guò)稱(chēng)量即可計(jì)算，所以正確的操作可以是向反應(yīng)后的溶液中加入足量的鹽酸，過(guò)濾、洗滌、干燥、稱(chēng)量沉淀的質(zhì)量。

考點(diǎn)：考查物質(zhì)的分離、外界條件對(duì)平衡的影響以及有關(guān)計(jì)算等知識(shí)。