Question

某研究性實驗小組欲驗證濃硝酸在與Cu、Ag合金的反應過程中除生成NO2氣體外，還會有少量NO生成、并測定Cu、Ag合金中Cu的質量分數。查閱相關資料表明：“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�！睘榇�，他們設計了如下圖所示的裝置。

請回答下列問題

（1）寫出A中Cu與HNO3反應可能的化學方程式 。

（2）實驗開始前先打開A部分的活塞K1，持續(xù)通入一段時間的氮氣再關閉K1，其目的是 ；裝置中B瓶的作用是 。

（3）停止反應后，打開D中的活塞K2并通入O2，若有NO生成，則D中出現的現象是 ；實驗發(fā)現，通入的O2溫度高低對實驗現象有較大影響，為便于觀察應通入（填“熱”或“冷”） 的O2。

（4）為減小實驗誤差，在A中反應完成和D中出現現象后，還應繼續(xù)進行的操作是

。

（5）實驗測得如下數據：實驗前，Cu、Ag合金的質量：15.0g，濃HNO3：40mL 13.5 mol·L?1；實驗后A溶液：V＝40mL c(H+)＝1.0 mol·L?1。假設反應中HNO3既無揮發(fā)也無分解，則：

①參加反應的HNO3的物質的量為 mol。

②若已測出反應后E裝置的生成物中含氮元素的質量，則為確定合金中Cu的質量分數還需測定的數據是 。

（6）若已知Cu、Ag合金的質量為m g，且溶解完全。請利用A裝置中反應后的溶液進行簡單的操作，以確定合金中Cu的質量分數，其實驗過程為 。

 

Answer 1

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

3Cu+8HNO3(稀)==3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O （寫對一個給1分，兩個都對給3分）

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

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

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

②C中燒瓶在實驗前后增加的質量 (1分)

（6）在A中加入過量含Cl—溶液，過濾后，將沉淀洗滌、干燥，最后稱取沉淀的質量 (2分)

【解析】

試題分析：（1）濃硝酸的還原產物是NO2，但由于隨著反應的進行，硝酸的濃度逐漸變稀，會生成NO，所以反應的方程式是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，從而干擾實驗的檢驗，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能和水反應生成NO，從而無法確認銅與硝酸反應是否生成了NO氣體，所以B裝置的作用是干燥反應中生成的氣體；

（3）NO極易被氧氣氧化生成紅棕色的NO2，所以實驗現象是無色氣體變?yōu)榧t棕色。由于存在可逆反應2NO2N2O4，又因為該反應是放熱反應，所以熱的空氣可以使平衡 2NO2N2O4向逆方向移動，因此NO2濃度增大，從而導致顏色加深，所以應該通入熱的氧氣；

（4）由于裝置中有殘留的氣體，所以在D中觀察到實驗現象后還須進行的操作是：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。

（5）①硝酸的總的物質的量是0.54mol，剩余硝酸是0.04mol，所以參加反應的硝酸是0.54mol－0.04mol＝0. 5mol；②要計算銅質量分數，還需要計算出生成的N2O4的質量。所以還需要測量C中燒瓶在實驗前后增加的質量

（6）由于反應后金屬生成了硝酸鹽，所以要測定該銀圓中銅的質量分數，還需要把金屬陽離子變成沉淀，然后通過稱量即可計算，所以正確的操作可以是向反應后的溶液中加入足量的鹽酸，過濾、洗滌、干燥、稱量沉淀的質量。

考點：考查物質的分離、外界條件對平衡的影響以及有關計算等知識。