Question

7．化学实验离不开水．请根据水的不同作用和功能，分析以下四个装置图，回答问题：

实验一：制取氢气
（1）图甲所示装置可用于实验室制取氢气，这种制气装置在加入反应物前，如何检查气密性塞紧橡皮塞，夹紧弹簧夹后，往长颈漏斗中加水，使漏斗导管的液面高于试管的液面，液面差保持不变一段时间，说明气密性良好．
（2）用锌与稀硫酸制取氢气时，加入少量硫酸铜溶液会加快产生氢气的速率，请解释加快反应速率的原因：Zn+Cu²⁺=Cu+Zn²⁺，形成铜锌原电池，使反应速率加快．
实验二：喷泉实验
（3）图乙所示装置中烧瓶已装满干燥氨气，进行喷泉实验时应该先打开止水夹（填“挤捏胶头滴管”或“打开止水夹”）．
（4）如果只提供如图丙所示装置，若想迅速引发喷泉，下列方法可行的是ab．
a．用热毛巾捂住烧瓶                                b．用冰块捂住烧瓶
c．将烧杯中的水换成饱和食盐水            d．向烧杯中加入少量硫酸
实验三：探究一定温度下能使铁钝化的硝酸的最低浓度，实验装置如图丁所示．
①开始实验时，观察到灵敏电流计指针指向铜丝，但又迅速反转指向铁丝；
②再用盛蒸馏水的注射器缓慢向具支试管内加水并振荡，在指针恰好开始反转指向铜丝时停止实验；
③重复三次实验得平均加水量为2.5mL（水的密度按1.0g/mL计算）．
（5）该实验装置的不足之处是没有尾气处理装置．
（6）当指针第一次指向铜丝时，正极的电极反应式为NO₃^-+e^-+2H⁺═NO₂↑+H₂O．
（7）根据此实验计算，使铁钝化的硝酸最低质量分数为47.9%．

Answer 1

分析 （1）装置气密性检验的原理是：通过气体发生器与附设的液体构成封闭体系，依据改变体系内压强时产生的现象（如气泡的生成、水柱的形成、液面的升降等）来判断装置气密性的好坏；
（2）锌与稀硫酸反应，加入少量硫酸铜，能形成原电池，所以反应速率加快；
（3）利用氨气极易溶于水，形成压强差而形成喷泉；
（4）根据利用气体受热膨胀（受冷压缩）而使烧瓶的压强增大（减小），氨气逸出（压强减小）溶解而形成喷泉进行解答；
（5）反应过程中所生产的氮的氧化物是有毒气体会污染空气；
（6）指针偏转指向铜说明铜失电子做负极，正极是溶液中硝酸根离子得到电子发生还原反应；
（7）依据溶质守恒计算．

解答 解：（1）装置气密性检验的原理是：通过气体发生器与附设的液体构成封闭体系，依据改变体系内压强时产生的现象（如气泡的生成、水柱的形成、液面的升降等）来判断装置气密性的好坏，制备氢气前检验装置的气密性为：塞紧橡皮塞，夹紧弹簧夹后，往长颈漏斗中加水，使漏斗导管的液面高于试管的液面，液面差保持不变一段时间，说明气密性良好，故答案为：塞紧橡皮塞，夹紧弹簧夹后，往长颈漏斗中加水，使漏斗导管的液面高于试管的液面，液面差保持不变一段时间，说明气密性良好；
（2）锌与稀硫酸反应，加入少量硫酸铜，能形成原电池，方程式为：Zn+Cu²⁺=Cu+Zn²⁺，所以反应速率加快，故答案为：Zn+Cu²⁺=Cu+Zn²⁺，形成铜锌原电池，使反应速率加快；
（3）氨气极易溶于水，如果打开止水夹，氨气溶于水后烧瓶内压强迅速减小，而形成喷泉，故答案为：打开止水夹；
（4）装置丙没有胶头滴管，打开止水夹，用手（或热毛巾等）将烧瓶捂热，氨受热膨胀，气体从烧瓶中逸出，赶出玻璃导管中的空气，氨气极易溶于水，氨气与水接触，烧瓶内压强减小，即发生喷泉，或者用冰块捂住烧瓶，使瓶内气体体积缩小，压强减小，故打开止水夹，水进入瓶内，故答案为：ab；
（5）反应过程中所生产的了氮的氧化物是有毒气体会污染空气，该实验装置的不足之处是没有尾气处理装置，故答案为：没有尾气处理装置；
（6）指针偏转指向铜说明铜失电子做负极，正极是溶液中硝酸根离子得到电子发生还原反应，电极反应为：NO₃^-+e^-+2H⁺═NO₂↑+H₂O，故答案为：NO₃^-+e^-+2H⁺═NO₂↑+H₂O；
（7）使铁钝化的硝酸最低浓度=$\frac{5.0×1.4×65%}{5.0×1.4+2.5}$×100%=47.9%，故答案为：47.9%．

点评 本题主要考查了实验室中氢气的制取方法、氨气的喷泉实验、原电池原理的分析应用等，注意铁在常温下在浓硝酸中的钝化，题目难度中等．