Question

14．某化学兴趣小组为了探究铜和一定量的浓硝酸反应时是否有一氧化氮产生，设计了如下的反应装置：
（假设气体体积均为标准状况下测得，导气管中气体体积忽略不计，且忽略反应中的溶液体积变化）

试回答下列问题：
（1）在铜和浓硝酸反应前，挤压打气球鼓入空气，经A、B、C充分反应后，进入D中的气体是N₂（填化学式），进行此步实验时对止水夹k₁、k₂和k₃的操作分别是关闭k₃，打开k₁和k₂；
（2）写出A装置中反应的离子方程式CO₂+2OH^-=CO₃^2-+H₂O，C装置中反应的化学方程式2Cu+O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuO；
（3）关闭k₁、k₂打开k₃，由分液漏斗向D中滴加浓硝酸．待Cu和浓硝酸反应结束后，再通过分液漏斗向D中加入CCl₄至满．从E装置所得溶液中取出25.0mL，向其中逐滴加入0.10mol/L NaOH溶液．当滴至20.0mL时两者恰好完全反应．则E中所得硝酸溶液的物质的量浓度为0.08mol/L；
（4）若装置E在实验过程中出现倒吸现象，则可采取的紧急措施是向下调节量气管（或及时关闭k₃）；
（5）若忽略反应物自身的体积和挥发等因素带来的影响，实验测得F装置中气体体积约为139.6mL，则说明铜和一定量的浓硝酸反应时无（填“有”或“无”）NO生成．

Answer 1

分析 （1）气球中的空气成分主要是氧气、氮气、二氧化碳、水蒸气等，通过氢氧化钠溶液除去二氧化碳，通过浓硫酸除去水蒸气；C装置是反应掉空气中的氧气；D装置是验证铜和浓硝酸反应中可能产生一氧化氮气体，必须保证不能含有氧气，才能在后续试验中通过测定气体体积判断一氧化氮气体的存在，所以D中充满氮气体积为50ml；按照气体流向进行开关的操作；
（2）A装置中二氧化碳与氢氧化钠溶液反应生成碳酸钠和水，据此写出离子方程式；C装置中铜与氧气反应生成氧化铜；
（3）根据酸碱中和反应的定量关系计算硝酸的浓度；
（4）若装置E在实验过程中出现倒吸现象，则需要降低球形管中气体的压强或与D装置隔开；
（5）根据E中生成的硝酸溶液体积为100ml，结合化学方程式计算生成的一氧化氮气体，一氧化氮和氮气的体积之和与收集的气体体积比较判断即可；

解答 解：（1）气球中的空气成分主要是氧气、氮气、二氧化碳、水蒸气等，通过氢氧化钠溶液除去二氧化碳，通过浓硫酸除去水蒸气；C装置是反应掉空气中的氧气，所以进入D装置的气体主要是氮气，试管体积为50ml，进入的氮气体积为50ml，通入氮气目的是把试管中的空气排净，避免生成的一氧化氮气体被氧气氧化为二氧化氮，无法验证铜和浓硝酸反应产物中有一氧化氮气体生成；
依据气体流向，开关操作是关闭K₃，打开K₁、K₂，让氮气把试管中的空气赶净，更好的利用后续试验测定气体体积和验证一氧化氮气体的生成；
故答案为：N₂；关闭k₃，打开k₁和k₂；
（2）二氧化碳与氢氧化钠溶液反应生成碳酸钠和水，离子方程式为：CO₂+2OH^-=CO₃^2-+H₂O；铜与氧气反应生成氧化铜，方程式为：2Cu+O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuO； 
故答案为：CO₂+2OH^-=CO₃^2-+H₂O；2Cu+O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuO；
（3）从E装置所得溶液中取出25.0mL，向其中逐滴加入0.10mol/L NaOH溶液．当滴至20.0mL时两者恰好完全反应，发生的反应实质是H⁺+OH^-=H₂O，可以利用酸碱恰好反应的定量关系计算即可，设硝酸浓度为C，则25.00mL×C=20.00mL×0.10mol/L，C=0.08mol/L，故答案为：0.08mol/L； 
（4）若装置E在实验过程中出现倒吸现象，则需要降低球形管中气体的压强，可以向下调节量气管或与D装置隔开，需及时关闭k₃；
故答案为：向下调节量气管（或及时关闭k₃）；
（5）通过计算分析判断，E装置中生成的硝酸溶液体积为100ml，浓度为0.08mol/L，所以生成硝酸物质的量为0.008mol，根据化学方程式：3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO，生成的一氧化氮气体物质的量为0.004mol，在标准状况下的体积=0.004mol×22.4L/mol=0.0896L=89.6ml，加上原来试管中的氮气50ml，共计139.6ml，等于题干中实验测得的气体体积139.6ml．说明铜和浓硝酸反应的过程中生成二氧化氮气体同时没有生成一氧化氮气体；故答案为：无．

点评 本题考查了硝酸的化学性质，主要是分析装置中的气体流向和各装置的作用，需要注意的是装置测得的体积含有氮气的体积，整套装置的目的是检验铜和浓硝酸反应过程中是否有一氧化氮气体的生成，需要保证装置中不能含有氧气，才能准确测得，否则不能计算检验，需要具备扎实的基础知识和实验基本操作技能，题目较难．