Question

9．某研究性實驗小組欲驗證濃硝酸在與Cu、Ag合金的反應(yīng)過程中，除了生成NO₂氣體外，還會有少量NO生成，并測定Cu、Ag合金中Cu的質(zhì)量分數(shù)．查閱相關(guān)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．”為此，他們設(shè)計了如圖所示的裝置：

請回答下列問題：
（1）寫出A中Cu與HNO₃反應(yīng)可能的化學方程式Cu+4HNO₃（濃）=Cu（NO₃）₂+2NO₂↑+2H₂O、3Cu+8HNO₃（�。�=3Cu（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O．
（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(guān)閉K₁，其目的是排出系統(tǒng)的空氣，防止NO氧化為NO₂；裝置中B瓶的作用是吸收水蒸氣，防止水蒸氣在C中冷凝后與NO₂反應(yīng)產(chǎn)生NO．
（3）停止反應(yīng)后，打開D中的活塞K₂并通入O₂，則D中能出現(xiàn)的現(xiàn)象是無色氣體變成紅棕色氣體．
（4）C裝置的作用是盡量把NO₂轉(zhuǎn)化為N₂O₄，減少對NO檢驗的干擾；E裝置的作用是除去NO₂，防止污染空氣．
（5）若A中的Cu、Ag合金的質(zhì)量為8.0g，加入20mL 13.5mol•L^-1的濃HNO₃，實驗結(jié)束后A中溶液的體積不變，測得 c （H⁺）=1.0mol•L^-1．假設(shè)反應(yīng)中HNO₃既無揮發(fā)也無分解，則參加反應(yīng)的HNO₃的物質(zhì)的量為0.25mol．
（6）若已知Cu、Ag合金的質(zhì)量為m g，且溶解完全．請利用A裝置中反應(yīng)后的溶液進行簡單的操作，以確定合金中Cu的質(zhì)量分數(shù)，其實驗過程為在A中加入過量的Cl^-的溶液，過濾、洗滌、干燥并稱量沉淀的質(zhì)量．

Answer 1

分析 實驗開始前要先打開A部分的活塞K₁，持續(xù)通一段時間的氮氣再關(guān)閉K₁，排盡裝置中的空氣，滴入濃硝酸反應(yīng)生成二氧化氮和一氧化氮氣體，干燥后通過裝置C，在低于0℃時幾乎只有無色的N₂O₄液體或晶體存在，A中的反應(yīng)停止后，打開D中的活塞K₂，并通入氧氣，若反應(yīng)確有NO產(chǎn)生，則D中出現(xiàn)紅棕色氣體，說明有一氧化氮氣體生成，剩余氣體用氫氧化鈉溶液吸收；
（1）根據(jù)銅和濃硝酸反應(yīng)生成二氧化氮、硝酸銅和水，隨著反應(yīng)的進行，硝酸濃度變稀，銅和稀硝酸反應(yīng)生成一氧化氮氣體，硝酸銅和水；
（2）通入氮氣是排除裝置中的空氣，避免生成的一氧化氮氣體被氧化為二氧化氮；B裝置是利用濃硫酸的吸水性吸收氣體中的水蒸氣避免在C中 冷卻后水和二氧化氮反應(yīng)生成一氧化氮；
（3）一氧化氮和氧氣反應(yīng)生成紅棕色二氧化氮氣體；
（4）C裝置是冷卻氣體使二氧化氮轉(zhuǎn)化為四氧化二氮減少NO檢驗的干擾，E裝置除去尾氣防止倒吸、防止污染空氣；
（5）硝酸的總的物質(zhì)的量n=13.5mol•L¹×0.04L=0.54mol，剩余硝酸n=1mol•L¹×0.04L=0.04mol，確定反應(yīng)的硝酸的物質(zhì)的量；
（6）銅銀合金和硝酸全部反應(yīng)生成銅鹽和銀鹽，利用A裝置中銀離子和氯離子形成的沉淀稱量計算得到合金中銅的質(zhì)量分數(shù)．

解答 解：（1）銅和濃硝酸反應(yīng)生成二氧化氮、硝酸銅和水，隨著反應(yīng)的進行，硝酸濃度變稀，銅和稀硝酸反應(yīng)生成一氧化氮氣體，硝酸銅和水，反應(yīng)的可能化學方程式為：Cu+4HNO₃（濃）=Cu（NO₃）₂+2NO₂↑+2H₂O、3Cu+8HNO₃（�。�=3Cu（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O；
故答案為：Cu+4HNO₃（濃）=Cu（NO₃）₂+2NO₂↑+2H₂O、3Cu+8HNO₃（�。�=3Cu（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O；
（2）通入氮氣是排出裝置中的空氣，避免生成的一氧化氮氣體被氧化為二氧化氮；B裝置是利用濃硫酸的吸水性吸收氣體中的水蒸氣避免在C中冷卻后水和二氧化氮反應(yīng)生成一氧化氮，
故答案為：排出系統(tǒng)的空氣，防止NO氧化為NO₂；吸收水蒸氣，防止水蒸氣在C中冷凝后與NO₂反應(yīng)產(chǎn)生NO；
（3）A中的反應(yīng)停止后，打開D中的活塞K₂再通入氧氣，若反應(yīng)中確有NO產(chǎn)生，一氧化氮和氧氣反應(yīng)生成紅棕色氣體二氧化氮氣體；
故答案為：無色氣體變成紅棕色氣體；
（4）C裝置是冷卻氣體使二氧化氮轉(zhuǎn)化為四氧化二氮，盡量把NO₂轉(zhuǎn)化為N₂O₄，減少對NO檢驗的干擾，E裝置除去尾氣NO₂防止倒吸、防止污染空氣；
故答案為：盡量把NO₂轉(zhuǎn)化為N₂O₄，減少對NO檢驗的干擾；除去NO₂，防止污染空氣；
（5）硝酸的總的物質(zhì)的量n=13.5mol•L¹×0.02L=0.27mol，剩余硝酸n=1mol•L¹×0.02L=0.02mol，所以參加反應(yīng)的硝酸是0.27mol-0.02mol=0.25mol；
故答案為：0.25mol；
（6）銅銀合金和硝酸全部反應(yīng)生成銅鹽和銀鹽，利用A裝置中銀離子和氯離子形成的氯化銀沉淀稱量，即在A中加入過量的Cl^-的溶液，過濾、洗滌、干燥并稱量沉淀的質(zhì)量，從而計算得到合金中銅的質(zhì)量分數(shù)，
故答案為：在A中加入過量的Cl^-的溶液，過濾、洗滌、干燥并稱量沉淀的質(zhì)量．

點評 本題考查了物質(zhì)性質(zhì)的實驗設(shè)計，涉及硝酸性質(zhì)，實驗步驟和產(chǎn)物性質(zhì)及其反應(yīng)現(xiàn)象是解題關(guān)鍵，題目難度中等．