Question

(13分) 某研究性實(shí)驗(yàn)小組欲驗(yàn)證濃硝酸在與Cu、Ag合金的反應(yīng)過(guò)程中除生成NO₂氣體外，還會(huì)有少量NO生成、并測(cè)定Cu、Ag合金中Cu的質(zhì)量分?jǐn)?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(shí)幾乎只有無(wú)色的N₂O₄液體或晶體存在”。為此，他們?cè)O(shè)計(jì)了如下圖所示的裝置。回答下列問(wèn)題:

（1）寫(xiě)出A中Cu與HNO₃反應(yīng)可能的離子方程式                           。 
（2）實(shí)驗(yàn)前先打開(kāi)A部分的活塞K₁，持續(xù)通一段時(shí)間的氮?dú)庠訇P(guān)閉K₁，其目的是         ；裝置中B瓶的作用是                                         。
（3）停止反應(yīng)后，打開(kāi)D中的活塞K₂并通入O₂，若有NO生成，則D中出現(xiàn)的現(xiàn)象是                               ；實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，通入的O₂溫度高低對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象有較大影響，為便于觀察應(yīng)通入（填“熱”或“冷”）      的O₂。
（4）實(shí)驗(yàn)測(cè)得如下數(shù)據(jù)：實(shí)驗(yàn)前，Cu、Ag合金的質(zhì)量：15.0g，濃HNO₃：40mL 13.5 mol·L^-1；實(shí)驗(yàn)后A溶液：V＝40mL  c(H⁺)＝1.0 mol·L^-1。假設(shè)反應(yīng)中HNO₃ 既無(wú)揮發(fā)也無(wú)分解，則：①參加反應(yīng)的HNO₃的物質(zhì)的量為           mol      
②若已測(cè)出反應(yīng)后E裝置的生成物中含氮元素的質(zhì)量m克，則為確定合金中Cu的質(zhì)量分?jǐn)?shù)還需測(cè)定的數(shù)據(jù)是                              ，若測(cè)得該數(shù)據(jù)為n,寫(xiě)出合金中銅的質(zhì)量（設(shè)為x克）的求算式子（只需列式子，不需解方程）                      。
（5）為減小上述實(shí)驗(yàn)誤差，在D中觀察到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象后還須進(jìn)行的操作是                。
（6）若已知Cu、Ag合金的質(zhì)量為m g，且溶解完全。只利用A裝置中反應(yīng)后的溶液進(jìn)行簡(jiǎn)單的操作，也可以確定合金中Cu的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，其實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程為
                                                                     。

Answer 1

（1）Cu+4H⁺+ 2NO₃^－＝Cu²⁺+2NO₂↑+2H₂O （1分）
3Cu+8H⁺+ 2NO₃^－＝3 Cu²⁺+2NO↑+4H₂O （1分）
（2）把裝置中的空氣趕走，防止NO被氧化為NO₂
（1分）干燥反應(yīng)中生成的氣體（1分）
（3）無(wú)色氣體變?yōu)榧t棕色（1分）  熱（1分）  （4）① 0.5（1分）
②C中燒瓶在實(shí)驗(yàn)前后增加的質(zhì)量（1分）
2x/64+(15-x)/108=3m/14+n/46或2x/64+(15-x)/108="0.5-" m/14-n/46 （2分）
（5）打開(kāi)K₁、K₂持續(xù)通入一段時(shí)間的N₂和O₂（1分）(不寫(xiě)N₂不給分)
（6）在A中加入過(guò)量含Cl溶液，過(guò)濾后將沉淀洗滌、干燥，最后稱取沉淀的質(zhì)量（2分）
(不寫(xiě)過(guò)量扣1分，不寫(xiě)洗滌干燥扣1分)

試題分析：（1）濃硝酸的還原產(chǎn)物是NO₂，但由于隨著反應(yīng)的進(jìn)行，硝酸的濃度逐漸變稀，會(huì)生成NO，所以反應(yīng)的方程式是Cu+4H⁺+ 2NO₃^－＝Cu²⁺+2NO₂↑+2H₂O、
3Cu+8H⁺+ 2NO₃^－＝3 Cu²⁺+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(shí)驗(yàn)的檢驗(yàn)，所以這樣操作的目的是趕走裝置中的空氣，防止干擾實(shí)驗(yàn)。由于生成的氣體中含有水蒸氣，而NO₂能和水反應(yīng)生成NO，從而無(wú)法確認(rèn)銅與硝酸反應(yīng)是否生成了NO氣體，所以B裝置的作用是干燥反應(yīng)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(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是無(wú)色氣體變?yōu)榧t棕色。由于存在可逆反應(yīng)2NO₂N₂O₄，又因?yàn)樵摲磻?yīng)是放熱反應(yīng)，所以熱的空氣可以使平衡 2NO₂N₂O₄向逆方向移動(dòng)，因此NO₂濃度增大，從而導(dǎo)致顏色加深，所以應(yīng)該通入熱的氧氣。
(4) ①硝酸的總的物質(zhì)的量是0.54mol，剩余硝酸是0.04mol，所以參加反應(yīng)的硝酸是0.54mol－0.04mol＝0. 5mol。
②要計(jì)算銅質(zhì)量分?jǐn)?shù)，還需要計(jì)算出生成的N₂O₄的質(zhì)量。所以還需要測(cè)量C中燒瓶在實(shí)驗(yàn)
（5）由于裝置中有殘留的氣體，所以在D中觀察到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象后還須進(jìn)行的操作是：打開(kāi)K₁、K₂持續(xù)通入一段時(shí)間的N₂和O₂，以把氣體完全排盡。
（6）由于反應(yīng)后金屬生成了硝酸鹽，所以要測(cè)定該銀圓中銅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，還需要把金屬陽(yáng)離子變成沉淀，然后通過(guò)稱量即可計(jì)算，所以正確的操作可以是向反應(yīng)后的溶液中加入足量的鹽酸，過(guò)濾、洗滌、干燥、稱量沉淀的質(zhì)量。
點(diǎn)評(píng)：化學(xué)是一門(mén)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，所以有化學(xué)實(shí)驗(yàn)即科學(xué)探究之說(shuō)法。化學(xué)實(shí)驗(yàn)主要以考察探究性實(shí)驗(yàn)和物質(zhì)制備實(shí)驗(yàn)為主。這些探究性和制備性實(shí)驗(yàn)的試題，綜合性強(qiáng)，理論和實(shí)踐的聯(lián)系緊密，有的還提供一些新的信息，要求學(xué)生必須認(rèn)真審題，通過(guò)聯(lián)系所學(xué)過(guò)的知識(shí)和技能，靈活運(yùn)用并進(jìn)行知識(shí)的類比、遷移、重組，全面細(xì)致的思考才能作出正確的解答。