Question

某化學興趣小組欲驗證：“銅和一定量的濃硝酸反應有一氧化氮產生”．設計使用了如下裝置進行實驗．（假設氣體體積均為標準狀況，導氣管中氣體體積忽略不計，且忽略反應中的溶液體積變化）
試回答下列問題：
（1）將銅粉分散在石棉絨中的原因是______．
（2）在銅和濃硝酸反應前，擠壓打氣球，經A、B、C反應后，進入D中的氣體主要成分是______（填化學式），通入該氣體的目的是______；進行此步操作時應關閉______，打開______ （填K₁、K₂或K₃）．
（3）關閉K₁、K₂，打開K₃，由分液漏斗向D中滴加濃硝酸．待Cu和濃硝酸反應結束后，再通過分液漏斗向D中加入CCl₄至滿．則D中一定發生反應的離子方程式為：______．
（4）若E中出現倒吸，可采取的應急操作是______．
（5）I．從E裝置所得溶液中取出25.00mL，加兩滴酚酞，用0.1000mol?L^-1的NaOH溶液滴定，當滴定完成后消耗NaOH溶液18.00mL，則E容器中所得硝酸的物質的量濃度為______ mol?L^-1．
Ⅱ．若實驗測得F裝置所收集到的氣體體積為139.00mL，則銅和一定量的濃硝酸反應______（填“有”或“無”）NO生成，其依據是（請用數據和文字說明）______．

Answer 1

【答案】分析：（1）根據影響反應速率的因素分析，增大與氧氣接觸面積會使反應迅速；
（2）氣球中的空氣成分主要是氧氣、氮氣、二氧化碳、水蒸氣等，通過氫氧化鈉溶液除去二氧化碳，通過濃硫酸除去水蒸氣；C裝置是反應掉空氣中的氧氣；D裝置是驗證銅和濃硝酸反應中可能產生一氧化氮氣體，必須保證不能含有氧氣，才能在后續試驗中通過測定氣體體積判斷一氧化氮氣體的存在，所以D中充滿氮氣體積為50ml；按照氣體流向進行開關的操作；
（3）D中發生的反應一定是銅和濃硝酸的反應生成二氧化氮氣體，同時可能硝酸變稀生成一氧化氮氣體；加入四氯化碳的目的是把生成的氣體全部排到E中吸收；
（4）根據裝置的特點和壓強關系進行分析判斷；
（5）Ⅰ根據酸堿中和反應的定量關系計算硝酸的濃度；
Ⅱ根據E中生成的硝酸溶液體積為100ml，結合化學方程式計算生成的一氧化氮氣體，一氧化氮和氮氣的體積之和與收集的氣體體積比較判斷．
解答：解：（1）將銅粉分散在石棉絨中可以增大銅粉與氧氣的接觸面積，加快反應速率使反應更充分，故答案為：增大銅粉與氧接觸面積，使反應迅速、充分；
（2）氣球中的空氣成分主要是氧氣、氮氣、二氧化碳、水蒸氣等，通過氫氧化鈉溶液除去二氧化碳，通過濃硫酸除去水蒸氣；C裝置是反應掉空氣中的氧氣，所以進入D裝置的氣體主要是氮氣，試管體積為50ml，進入的氮氣體積為50ml，通入氮氣目的是把試管中的空氣排凈，避免生成的一氧化氮氣體被氧氣氧化為二氧化氮，無法驗證銅和濃硝酸反應產物中 有一氧化氮氣體生成，依據氣體流向，開關操作是關閉K₃，打開K₁、K₂，讓氮氣把試管中的空氣趕凈，更好的利用后續試驗測定氣體體積和驗證一氧化氮氣體的生成，
故答案為：N₂；排出D中的空氣；關閉K₃ ；打開K₁、K₂；
（3）關閉K₁、K₂，打開K₃，由分液漏斗向D中滴加濃硝酸，一定發生的反應是銅和濃硝酸反應生成硝酸銅二氧化氮和水，可能發生的反應是濃硝酸變稀后和銅的反應生成硝酸銅一氧化氮和水；D中一定發生反應的離子方程式：Cu+2NO₃^-+4H⁺=Cu²⁺+2NO₂↑+2H₂O；通過分液漏斗向D中加入CCl₄至滿，因為氮氣和氮氧化物不溶于四氯化碳，是為了把氮氣和生成的氣體全部排入到E裝置吸收，故答案為：Cu+2NO₃^-+4H⁺=Cu²⁺+2NO₂↑+2H₂O；
（4）DEF在關閉K₃后裝置是一套氣密性完好的裝置，若E中出現倒吸，可以調節F中量氣管的液體高度改變壓強，向下調節量氣管，使E中的壓強減少，防止液體進入E發生倒吸，或直接關閉K₃，不讓液體進入E裝置，故答案為：向下調節量氣管（或及時關閉K₃）；
（5）Ⅰ、E裝置所得溶液調節為100ml，取出25.00mL，加兩滴酚酞，用0.1000mol?L^-1的NaOH溶液滴定，當滴定完成后消耗NaOH溶液18.00mL，可以利用酸堿恰好反應的定量關系計算即：
設硝酸濃度為C，發生的反應實質是H⁺+OH^-=H₂O，25.00mL×C=18.00mL×0.1000mol?L^-1，C=0.0720mol/L，故答案為：0.0720；
Ⅱ、通過計算分析判斷，E裝置中生成的硝酸溶液體積為100ml，濃度為0.0720mol/L，所以生成硝酸物質的量為0.0072mol，根據化學方程式3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO，生成的一氧化氮氣體物質的量為0.0036mol，在標準狀況下的體積=0.0036mol×22.4L/mol=0.08064L=80.64ml，加上原來試管中的氮氣50ml，共計130.64ml，小于題干中實驗測得的氣體體積139.00ml．說明銅和濃硝酸反應的過程中生成二氧化氮氣體同時也生成了一氧化氮氣體，
故答案為：有；E裝置中生成100mL、0.0720 mol?L^-1硝酸時產生的NO約為80.6 mL，而試管中原有50 mL N₂，二者之和小于139.00mL，說明生成NO₂的同時有NO生成．
點評：本題考查了硝酸的化學性質應用，量氣管的正確使用方法，主要是分析裝置中的氣體流向和各裝置的作用，裝置圖中的隱含條件氣體體積的應用，酸堿反應的計算，關鍵是整套裝置的目的是檢驗銅和濃硝酸反應過程中 是否有一氧化氮氣體的生成，需要保證裝置中不能含有氧氣，才能準確測得，否則不能計算檢驗，題目較難，需要具備扎實的基礎知識和實驗基本操作技能．