Question

某研究性实验小组欲验证浓硝酸在与Cu、Ag合金的反应过程中除生成NO₂气体外，还会有少量NO生成、并测定Cu、Ag合金中Cu的质量分数．查阅相关资料表明：“常温下，NO₂与N₂O₄混合存在，在低于0℃时几乎只有无色的N₂O₄液体或晶体存在．”为此，他们设计了如图所示的装置．

请回答下列问题
（1）写出A中Cu与HNO₃反应可能的化学方程式

 

．
（2）实验开始前先打开A部分的活塞K₁，持续通入一段时间的氮气再关闭K₁，其目的是

 

；装置中B瓶的作用是

 

．
（3）停止反应后，打开D中的活塞K₂并通入O₂，若有NO生成，则D中出现的现象是

 

；实验发现，通入的O₂温度高低对实验现象有较大影响，为便于观察应通入（填“热”或“冷”）

 

的O₂．
（4）为减小实验误差，在A中反应完成和D中出现现象后，还应继续进行的操作是

 

．
（5）实验测得如下数据：实验前，Cu、Ag合金的质量：15.0g，浓HNO₃：40mL 13.5mol?L-¹；实验后A溶液：V=40mL  c（H⁺）=1.0mol?L-¹．假设反应中HNO₃既无挥发也无分解，则：
①参加反应的HNO₃的物质的量为

 

mol．
②若已测出反应后E装置的生成物中含氮元素的质量，则为确定合金中Cu的质量分数还需测定的数据是

 

．
（6）若已知Cu、Ag合金的质量为m g，且溶解完全．请利用A装置中反应后的溶液进行简单的操作，以确定合金中Cu的质量分数，其实验过程为

 

．

Answer 1

考点：性质实验方案的设计

专题：实验设计题

分析：（1）依据铜和浓硝酸反应过程中随硝酸浓度变稀后铜和稀硝酸反应生成一氧化氮气体；
（2）通入氮气是排除装置中的空气，避免生成的一氧化氮气体被氧化为二氧化氮；B装置是利用浓硫酸的吸水性吸收气体中的水蒸气避免在C中 冷却后水和二氧化氮反应生成一氧化氮；
（3）一氧化氮和氧气反应生成红棕色气体二氧化氮气体；温度高反应速率快；
（4）由于装置中有残留的气体，所以要打开K₁、K₂持续通入一段时间的N₂和O₂，以把气体完全排尽；
（5）①硝酸的总的物质的量是0.54mol，剩余硝酸是0.04mol，所以参加反应的硝酸是0.54mol-0.04mol=0.5mol；
②要计算铜质量分数，还需要计算出生成的N₂O₄的质量，所以还需要测量C中烧烧瓶在实验前后增加的质量；
（6）铜银合金和硝酸全部反应生成铜盐和银盐，利用A装置中银离子和氯离子形成的沉淀称量计算得到合金中铜的质量分数．

解答： 解：（1）铜和浓硝酸反应生成二氧化氮，过程中随硝酸浓度变稀后铜和稀硝酸反应生成一氧化氮气体，反应的可能化学方程式为：Cu+4HNO₃（浓）=Cu（NO₃）₂+2NO₂↑+2H₂O、3Cu+8HNO₃（稀）=3Cu（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O，
故答案为：Cu+4HNO₃（浓）=Cu（NO₃）₂+2NO₂↑+2H₂O、3Cu+8HNO₃（稀）=3Cu（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O；
（2）通入氮气是排除装置中的空气，避免生成的一氧化氮气体被氧化为二氧化氮；B装置是利用浓硫酸的吸水性吸收气体中的水蒸气避免在C中冷却后水和二氧化氮反应生成一氧化氮，
故答案为：把装置中的空气赶走，防止NO被氧化为NO₂；干燥反应中生成的气体；
（3）A中的反应停止后，打开D中的活塞K₂再通入氧气，若反应中确有NO产生，一氧化氮和氧气反应生成红棕色气体二氧化氮气体，通入氧气温度越高反应速率越快，通入热的氧气，
故答案为：无色气体变为红棕色；热；
（4）由于装置中有残留的气体，所以在A中反应完成和D中出现现象后还须进行的操作是：打开K₁、K₂持续通入一段时间的N₂和O₂，以把气体完全排尽；
故答案为：打开K₁、K₂持续通入一段时间的N₂和O₂；
（5）①硝酸的总的物质的量是0.54mol，剩余硝酸是0.04mol，所以参加反应的硝酸是0.54mol-0.04mol=0.5mol，
故答案为：0.5；
②要计算铜质量分数，还需要计算出生成的N₂O₄的质量．所以还需要测量C中烧烧瓶在实验前后增加的质量，
故答案为：C中烧瓶在实验前后增加的质量；
（6）铜银合金和硝酸全部反应生成铜盐和银盐，利用A装置中银离子和氯离子形成的氯化银沉淀称量，计算得到合金中铜的质量分数，
故答案为：在A中加入过量含Cl^-溶液，过滤后，将沉淀洗涤、干燥，最后称取沉淀的质量．

点评：本题为探究性和制备性实验的试题，综合性强，理论和实践的联系紧密，要求学生必须认真审题，通过联系所学过的知识和技能，灵活运用并进行知识的类比、迁移、重组，全面细致的思考才能作出正确的解答．