Question

11．某化学小组设计了铜与浓、稀硝酸反应的一体化实验装置如图所示（部分固定装置省略），实验步骤如下．请回答下列问题：
1．分别配制0.5mol/LNaHCO₃溶液和NaOH溶液．
2．组装装置，检查装置气密性．
3．量取4mL0.5mol/LNaHCO₃溶液注入分液漏斗，量取2mL浓硝酸注入试管，在烧杯中加入50mL0.5mol/LNaOH溶液．
4．将铜丝伸入浓硝酸中反应10-15s后将铜丝拉起、停止反应．
5．打开分液漏斗的活塞，将全部NaHCO₃溶液注入试管内，关闭活塞等待30-60s．
6．再将铜丝伸入反应后的溶液中约20s，待气泡发生速率缓和后关闭止水夹，继续反应1-2min后将铜丝拉起，反应过程中用酒精灯微热．
7．打开分液漏斗的活塞，看到红棕色现象时关闭活塞．
8．实验结束，拆开装置，清洗仪器．
（1）该小组欲配制100mL0.5mol/LNaOH溶液，需称量NaOH2克，将NaOH在烧杯中溶解后需冷却后才能转移到容量瓶中．在配制溶液过程中的实验操作中造成溶液浓度偏大的是②（填序号）
①移液后未洗涤烧杯、玻璃棒就直接定容；②定容时俯视刻度线；③摇匀后发现液面低于刻度后加水；
（2）步骤2中检查装置气密性的操作为关闭分液漏斗活塞，用酒精灯微热试管，若烧杯中液体有气泡冒出，且撤走酒精灯后瞬间球形干燥管内形成一段水柱，则气密性良好；
（3）写出Cu与浓硝酸反应的化学方程式Cu+4HNO₃（浓）=Cu（NO₃）₂+2NO₂↑+2H₂O；
（4）实验设计中铜丝可拉伸的优点是便于控制反应的进行；
（5）步骤4反应过程中观察到的现象是有红棕色气体产生；
（6）步骤5将NaHCO₃溶液注入试管内的目的是碳酸氢钠和酸反应，排出装置中的二氧化氮，防止对后续产生的一氧化氮的检验的干扰；
（7）步骤7打开分液漏斗的活塞，看到红棕色现象时关闭活塞．

Answer 1

分析 （1）依据m=CVM计算氢氧化钠的质量；强碱溶于水放热，根据物质的量浓度c=$\frac{n}{V}$分析，误差分析时，关键要看配制过程中引起n和V怎样的变化；
（2）设法使装置内外形成气压差是气密性检查的常用手段，化学实验装置的气密性检验的原理是使装置内外的压强不相等，基本方法是观察气泡或液面变化；
（3）浓硝酸具有强氧化性，铜和浓硝酸反应生成硝酸铜、二氧化氮和水；
（4）实验设计中铜丝可拉伸优点是便于控制反应的进行；
（5）将铜丝伸入浓硝酸中反应10-15s，铜和浓硝酸反应，有红棕色气体产生；
（6）通过碳酸氢钠与酸反应产生的二氧化碳，排出装置中的二氧化氮；
（7）一氧化氮和氧气反应生成红棕色的二氧化氮．

解答 解：（1）配制100mL 0.5mol/L NaOH溶液，需称取NaOH固体=0.5mol/L×0.1L×40g/mol=2g，氢氧化钠溶于水放热，溶解后的氢氧化钠溶液必须冷却后才能转移到容量瓶中，否则配制的溶液体积偏小，浓度偏高，
①移液后未洗涤烧杯、玻璃棒就直接定容，配制的溶液中溶质的物质的量偏小，溶液浓度偏低，故①错误；
②定容时俯视刻度线，导致加入的蒸馏水偏少，溶液的体积偏校，配制的溶液浓度偏稿，故②正确；
③摇匀后发现液面低于刻度后加水，导致加入的蒸馏水偏多，溶液的体积偏大，配制的溶液浓度偏低，故③错误；
故答案为：2；冷却；②；
（2）组装装置，通过酒精灯加热使装置内外的压强不相等，具体操作为：关闭分液漏斗活塞，用酒精灯微热试管，若烧杯中液体有气泡冒出，且撤走酒精灯后瞬间球形干燥管内形成一段水柱，则气密性良好，
故答案为：关闭分液漏斗活塞，用酒精灯微热试管，若烧杯中液体有气泡冒出，且撤走酒精灯后瞬间球形干燥管内形成一段水柱，则气密性良好；
（3）浓硝酸具有强氧化性，能和较不活泼金属铜反应生成硝酸铜、二氧化氮和水，反应方程式为：Cu+4HNO₃（浓）=Cu（NO₃）₂+2NO₂↑+2H₂O，
故答案为：Cu+4HNO₃（浓）=Cu（NO₃）₂+2NO₂↑+2H₂O；
（4）实验设计中铜丝可拉伸，既可以控制反应的速率，又可以控制反应的进行和停止，当铜丝从部分变为全部进入溶液，反应速率增大，当铜丝全部抽出，反应停止，
故答案为：便于控制反应的进行；
（5）步骤4将铜丝伸入浓硝酸中反应10-15s，铜和浓硝酸反应，Cu+4HNO₃（浓）=Cu（NO₃）₂+2NO₂↑+2H₂O，二氧化氮为红棕色气体，所以现象为有红棕色气体产生，
故答案为：有红棕色气体产生；
（6）步骤5将NaHCO₃溶液注入试管内，反应生成氯化钠和二氧化碳气体，反应的离子方程式为：HCO₃^-+H⁺=CO₂↑+H₂O，产生的二氧化碳，排出装置中的二氧化氮，再将铜丝伸入反应后的溶液中约20s，铜具有还原性，稀硝酸具有氧化性，铜与稀硝酸发生氧化还原反应，生成硝酸铜，一氧化氮和水，反应的化学方程式为3Cu+8HNO₃（稀）=3Cu（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O，NaHCO₃溶液注入试管内，防止对后续产生的一氧化氮的检验的干扰，
故答案为：碳酸氢钠和酸反应，排出装置中的二氧化氮，防止对后续产生的一氧化氮的检验的干扰；
（7）步骤7打开分液漏斗的活塞，空气进入装置，一氧化氮和氧气反应生成红棕色的二氧化氮，验证有一氧化氮产生，
故答案为：红棕色．

点评 本题考查了硝酸的性质，考查了学生的阅读、分析、提取信息解决问题的能力，做题时注意从物质的性质角度结合题中信息解答，题目难度中等．