Question

11．某化學小組設計了銅與濃、稀硝酸反應的一體化實驗裝置如圖所示（部分固定裝置省略），實驗步驟如下．請回答下列問題：
1．分別配制0.5mol/LNaHCO₃溶液和NaOH溶液．
2．組裝裝置，檢查裝置氣密性．
3．量取4mL0.5mol/LNaHCO₃溶液注入分液漏斗，量取2mL濃硝酸注入試管，在燒杯中加入50mL0.5mol/LNaOH溶液．
4．將銅絲伸入濃硝酸中反應10-15s后將銅絲拉起、停止反應．
5．打開分液漏斗的活塞，將全部NaHCO₃溶液注入試管內(nèi)，關閉活塞等待30-60s．
6．再將銅絲伸入反應后的溶液中約20s，待氣泡發(fā)生速率緩和后關閉止水夾，繼續(xù)反應1-2min后將銅絲拉起，反應過程中用酒精燈微熱．
7．打開分液漏斗的活塞，看到紅棕色現(xiàn)象時關閉活塞．
8．實驗結束，拆開裝置，清洗儀器．
（1）該小組欲配制100mL0.5mol/LNaOH溶液，需稱量NaOH2克，將NaOH在燒杯中溶解后需冷卻后才能轉移到容量瓶中．在配制溶液過程中的實驗操作中造成溶液濃度偏大的是②（填序號）
①移液后未洗滌燒杯、玻璃棒就直接定容；②定容時俯視刻度線；③搖勻后發(fā)現(xiàn)液面低于刻度后加水；
（2）步驟2中檢查裝置氣密性的操作為關閉分液漏斗活塞，用酒精燈微熱試管，若燒杯中液體有氣泡冒出，且撤走酒精燈后瞬間球形干燥管內(nèi)形成一段水柱，則氣密性良好；
（3）寫出Cu與濃硝酸反應的化學方程式Cu+4HNO₃（濃）=Cu（NO₃）₂+2NO₂↑+2H₂O；
（4）實驗設計中銅絲可拉伸的優(yōu)點是便于控制反應的進行；
（5）步驟4反應過程中觀察到的現(xiàn)象是有紅棕色氣體產(chǎn)生；
（6）步驟5將NaHCO₃溶液注入試管內(nèi)的目的是碳酸氫鈉和酸反應，排出裝置中的二氧化氮，防止對后續(xù)產(chǎn)生的一氧化氮的檢驗的干擾；
（7）步驟7打開分液漏斗的活塞，看到紅棕色現(xiàn)象時關閉活塞．

Answer 1

分析 （1）依據(jù)m=CVM計算氫氧化鈉的質(zhì)量；強堿溶于水放熱，根據(jù)物質(zhì)的量濃度c=$\frac{n}{V}$分析，誤差分析時，關鍵要看配制過程中引起n和V怎樣的變化；
（2）設法使裝置內(nèi)外形成氣壓差是氣密性檢查的常用手段，化學實驗裝置的氣密性檢驗的原理是使裝置內(nèi)外的壓強不相等，基本方法是觀察氣泡或液面變化；
（3）濃硝酸具有強氧化性，銅和濃硝酸反應生成硝酸銅、二氧化氮和水；
（4）實驗設計中銅絲可拉伸優(yōu)點是便于控制反應的進行；
（5）將銅絲伸入濃硝酸中反應10-15s，銅和濃硝酸反應，有紅棕色氣體產(chǎn)生；
（6）通過碳酸氫鈉與酸反應產(chǎn)生的二氧化碳，排出裝置中的二氧化氮；
（7）一氧化氮和氧氣反應生成紅棕色的二氧化氮．

解答 解：（1）配制100mL 0.5mol/L NaOH溶液，需稱取NaOH固體=0.5mol/L×0.1L×40g/mol=2g，氫氧化鈉溶于水放熱，溶解后的氫氧化鈉溶液必須冷卻后才能轉移到容量瓶中，否則配制的溶液體積偏小，濃度偏高，
①移液后未洗滌燒杯、玻璃棒就直接定容，配制的溶液中溶質(zhì)的物質(zhì)的量偏小，溶液濃度偏低，故①錯誤；
②定容時俯視刻度線，導致加入的蒸餾水偏少，溶液的體積偏校，配制的溶液濃度偏稿，故②正確；
③搖勻后發(fā)現(xiàn)液面低于刻度后加水，導致加入的蒸餾水偏多，溶液的體積偏大，配制的溶液濃度偏低，故③錯誤；
故答案為：2；冷卻；②；
（2）組裝裝置，通過酒精燈加熱使裝置內(nèi)外的壓強不相等，具體操作為：關閉分液漏斗活塞，用酒精燈微熱試管，若燒杯中液體有氣泡冒出，且撤走酒精燈后瞬間球形干燥管內(nèi)形成一段水柱，則氣密性良好，
故答案為：關閉分液漏斗活塞，用酒精燈微熱試管，若燒杯中液體有氣泡冒出，且撤走酒精燈后瞬間球形干燥管內(nèi)形成一段水柱，則氣密性良好；
（3）濃硝酸具有強氧化性，能和較不活潑金屬銅反應生成硝酸銅、二氧化氮和水，反應方程式為：Cu+4HNO₃（濃）=Cu（NO₃）₂+2NO₂↑+2H₂O，
故答案為：Cu+4HNO₃（濃）=Cu（NO₃）₂+2NO₂↑+2H₂O；
（4）實驗設計中銅絲可拉伸，既可以控制反應的速率，又可以控制反應的進行和停止，當銅絲從部分變?yōu)槿�部進入溶液，反應速率增大，當銅絲全部抽出，反應停止，
故答案為：便于控制反應的進行；
（5）步驟4將銅絲伸入濃硝酸中反應10-15s，銅和濃硝酸反應，Cu+4HNO₃（濃）=Cu（NO₃）₂+2NO₂↑+2H₂O，二氧化氮為紅棕色氣體，所以現(xiàn)象為有紅棕色氣體產(chǎn)生，
故答案為：有紅棕色氣體產(chǎn)生；
（6）步驟5將NaHCO₃溶液注入試管內(nèi)，反應生成氯化鈉和二氧化碳氣體，反應的離子方程式為：HCO₃^-+H⁺=CO₂↑+H₂O，產(chǎn)生的二氧化碳，排出裝置中的二氧化氮，再將銅絲伸入反應后的溶液中約20s，銅具有還原性，稀硝酸具有氧化性，銅與稀硝酸發(fā)生氧化還原反應，生成硝酸銅，一氧化氮和水，反應的化學方程式為3Cu+8HNO₃（稀）=3Cu（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O，NaHCO₃溶液注入試管內(nèi)，防止對后續(xù)產(chǎn)生的一氧化氮的檢驗的干擾，
故答案為：碳酸氫鈉和酸反應，排出裝置中的二氧化氮，防止對后續(xù)產(chǎn)生的一氧化氮的檢驗的干擾；
（7）步驟7打開分液漏斗的活塞，空氣進入裝置，一氧化氮和氧氣反應生成紅棕色的二氧化氮，驗證有一氧化氮產(chǎn)生，
故答案為：紅棕色．

點評 本題考查了硝酸的性質(zhì)，考查了學生的閱讀、分析、提取信息解決問題的能力，做題時注意從物質(zhì)的性質(zhì)角度結合題中信息解答，題目難度中等．