Question

某化学兴趣小组欲设计使用如下装置探究：铜和一定量的浓硝酸反应是否有一氧化氮产生．（假设气体体积均为标准状况，导气管中气体体积忽略不计，且忽略反应中的溶液体积变化）

试回答下列问题：
（1）铜粉的作用是

 

；
（2）在铜和浓硝酸反应前，挤压打气球，经A、B、C反应后，进入D中的气体是

 

（填化学式），进行此步操作时应关闭

 

，打开

 

 （填k₁、k₂或k₃）；
（3）关闭k₁、k₂，打开k₃，由分液漏斗向D中滴加浓硝酸．待Cu和浓硝酸反应结束后，再通过分液漏斗向D中加入CCl₄至满．则D中一定发生反应的离子方程式为：

 

；
（4）E装置中发生反应的化学方程式为

 

；从E装置所得溶液中取出25.00mL，用0.1000mol/L的NaOH溶液进行中和，当恰好呈中性时消耗NaOH溶液18.00mL，若实验测得F装置所收集到的气体体积为139.00mL，则气体的成分为

 

（填化学式），则铜和一定量的浓硝酸反应有

 

 mL NO生成．

Answer 1

考点：性质实验方案的设计

专题：实验题

分析：（1）根据影响反应速率的因素分析，一氧化氮与氧气接触会反应得到二氧化氮，氧气可以和金属铜在加热下反应，据此回答；
（2）气球中的空气成分主要是氧气、氮气、二氧化碳、水蒸气等，通过氢氧化钠溶液除去二氧化碳，通过浓硫酸除去水蒸气；C装置是反应掉空气中的氧气；D装置是验证铜和浓硝酸反应中可能产生一氧化氮气体，必须保证不能含有氧气，才能在后续试验中通过测定气体体积判断一氧化氮气体的存在，所以D中充满氮气体积为50ml；按照气体流向进行开关的操作；
（3）D中发生的反应一定是铜和浓硝酸的反应生成二氧化氮气体，同时可能硝酸变稀生成一氧化氮气体；加入四氯化碳的目的是把生成的气体全部排到E中吸收；
（4）根据E中生成的硝酸溶液体积为100ml，结合化学方程式计算生成的一氧化氮气体，一氧化氮和氮气的体积之和与收集的气体体积比较判断．

解答： 解：（1）氧气可以和金属铜在加热下反应，可以防止一氧化氮与氧气接触反应得到二氧化氮，故答案为：除去空气中的氧气，防止干扰实验；
（2）气球中的空气成分主要是氧气、氮气、二氧化碳、水蒸气等，通过氢氧化钠溶液除去二氧化碳，通过浓硫酸除去水蒸气；C装置是反应掉空气中的氧气，所以进入D装置的气体主要是氮气，试管体积为50ml，进入的氮气体积为50ml，通入氮气目的是把试管中的空气排净，避免生成的一氧化氮气体被氧气氧化为二氧化氮，无法验证铜和浓硝酸反应产物中 有一氧化氮气体生成，依据气体流向，开关操作是关闭K₃，打开K₁、K₂，让氮气把试管中的空气赶净，更好的利用后续试验测定气体体积和验证一氧化氮气体的生成，
故答案为：N₂；K₃ ；K₁、K₂；
（3）关闭K₁、K₂，打开K₃，由分液漏斗向D中滴加浓硝酸，一定发生的反应是铜和浓硝酸反应生成硝酸铜二氧化氮和水，可能发生的反应是浓硝酸变稀后和铜的反应生成硝酸铜一氧化氮和水；D中一定发生反应的离子方程式：Cu+2NO₃^-+4H⁺=Cu²⁺+2NO₂↑+2H₂O；通过分液漏斗向D中加入CCl₄至满，因为氮气和氮氧化物不溶于四氯化碳，是为了把氮气和生成的气体全部排入到E装置吸收，故答案为：Cu+2NO₃^-+4H⁺=Cu²⁺+2NO₂↑+2H₂O；
（4）E装置所得溶液调节为100ml，取出25.00mL，加两滴酚酞，用0.1000mol?L^-1的NaOH溶液滴定，当滴定完成后消耗NaOH溶液18.00mL，设硝酸浓度为C，发生的反应实质是H⁺+OH^-=H₂O，25.00mL×C=18.00mL×0.1000mol?L^-1，C=0.0720mol/L，所以生成硝酸物质的量为0.0072mol，根据化学方程式3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO，生成的一氧化氮气体物质的量为0.0036mol，在标准状况下的体积=0.0036mol×22.4L/mol=0.08064L=80.64ml，加上原来试管中的氮气50ml，共计130.64ml，小于题干中实验测得的气体体积139.00ml．说明铜和浓硝酸反应的过程中生成了一氧化氮气体，同时装置中含有氮气存在，气体的成分是N₂和NO．
故答案为：3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO；N₂和NO；80.6．

点评：本题考查了硝酸的化学性质应用，量气管的正确使用方法，主要是分析装置中的气体流向和各装置的作用，装置图中的隐含条件气体体积的应用，酸碱反应的计算，关键是整套装置的目的是检验铜和浓硝酸反应过程中 是否有一氧化氮气体的生成，需要保证装置中不能含有氧气，才能准确测得，否则不能计算检验，题目较难，需要具备扎实的基础知识和实验基本操作技能．