Question

某化學(xué)興趣小組欲設(shè)計使用如下裝置驗證：銅和一定量的濃硝酸反應(yīng)有一氧化氮產(chǎn)生．（假設(shè)氣體體積均為標(biāo)準(zhǔn)狀況下測定，導(dǎo)氣管中氣體體積忽略不計，且忽略反應(yīng)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(yīng)前，擠壓打氣球，經(jīng)A、B、C反應(yīng)后，進(jìn)入D中的氣體是

 

（填化學(xué)式），通入該氣體的目的是

 

；進(jìn)行此步操作時應(yīng)關(guān)閉

 

（填“k₁”“k₂”或“k₃”，下同），打開

 

．
（3）若C裝置的硬質(zhì)玻璃管中出現(xiàn)堵塞，則B中可能出現(xiàn)的現(xiàn)象是

 

（4）關(guān)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(yīng)結(jié)束后，再通過分液漏斗向D中加入CCl₄至滿．則D中一定發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為

 

（5）若E中出現(xiàn)倒吸，可采取的應(yīng)急操作是

 

．
（6）Ⅰ、從E裝置所得溶液中取出25.00mL溶液，加兩滴酚酞，用0.1000mol?L^-1的NaOH溶液滴定，當(dāng)?shù)味ㄍ瓿珊笙�耗NaOH溶液18.00mL，則E容器中所得硝酸的物質(zhì)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(yīng)

 

（填“有”或“無”）NO生成，其依據(jù)是（請用數(shù)據(jù)和文字說明）

 

．

Answer 1

考點：性質(zhì)實驗方案的設(shè)計,中和滴定

專題：實驗設(shè)計題

分析：（1）根據(jù)影響反應(yīng)速率的因素分析，增大與氧氣接觸面積會使反應(yīng)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(yīng)掉空氣中的氧氣；D裝置是驗證銅和濃硝酸反應(yīng)中可能產(chǎn)生一氧化氮氣體，必須保證不能含有氧氣，才能在后續(xù)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(jìn)行開關(guān)的操作；
（3）若C裝置的硬質(zhì)玻璃管中出現(xiàn)堵塞，導(dǎo)致B中氣體壓強變大，則錐形瓶中玻璃管內(nèi)液面上升；
（4）D中發(fā)生的反應(yīng)一定是銅和濃硝酸的反應(yīng)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；
（5）根據(jù)裝置的特點和壓強關(guān)系進(jìn)行分析判斷；
（6）Ⅰ根據(jù)酸堿中和反應(yīng)的定量關(guān)系計算硝酸的濃度；
Ⅱ根據(jù)E中生成的硝酸溶液體積為100ml，結(jié)合化學(xué)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(yīng)速率使反應(yīng)更充分，故答案為：增大銅粉與氧接觸面積，使反應(yīng)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(yīng)掉空氣中的氧氣，所以進(jìn)入D裝置的氣體主要是氮氣，試管體積為50ml，進(jìn)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(yīng)產(chǎn)物中 有一氧化氮氣體生成，依據(jù)氣體流向，開關(guān)操作是關(guān)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(xù)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；K₃ ；K₁、K₂；
（3）若C裝置的硬質(zhì)玻璃管中出現(xiàn)堵塞，導(dǎo)致B中氣體壓強變大，則錐形瓶中玻璃管內(nèi)液面上升，故答案為：錐形瓶中玻璃管內(nèi)液面上升；
（4）關(guān)閉K₁、K₂，打開K₃，由分液漏斗向D中滴加濃硝酸，一定發(fā)生的反應(yīng)是銅和濃硝酸反應(yīng)生成硝酸銅二氧化氮和水，可能發(fā)生的反應(yīng)是濃硝酸變稀后和銅的反應(yīng)生成硝酸銅一氧化氮和水；D中一定發(fā)生反應(yīng)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；
（5）DEF在關(guān)閉K₃后裝置是一套氣密性完好的裝置，若E中出現(xiàn)倒吸，可以調(diào)節(jié)F中量氣管的液體高度改變壓強，向下調(diào)節(jié)量氣管，使E中的壓強減少，防止液體進(jìn)入E發(fā)生倒吸，或直接關(guān)閉K₃，不讓液體進(jìn)入E裝置，故答案為：向下調(diào)節(jié)量氣管（或及時關(guān)閉K₃）；
（6）Ⅰ、E裝置所得溶液調(diào)節(jié)為100ml，取出25.00mL，加兩滴酚酞，用0.1000mol?L^-1的NaOH溶液滴定，當(dāng)?shù)味ㄍ瓿珊笙�耗NaOH溶液18.00mL，由酸堿恰好反應(yīng)的定量關(guān)系可知，設(shè)硝酸濃度為C，發(fā)生的反應(yīng)實質(zhì)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(zhì)的量為0.0072mol，根據(jù)化學(xué)方程式3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO，生成的一氧化氮氣體物質(zhì)的量為0.0036mol，在標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)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(chǎn)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(xué)性質(zhì)應(yīng)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(yīng)用，酸堿反應(yīng)的計算，關(guān)鍵是整套裝置的目的是檢驗銅和濃硝酸反應(yīng)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(zhǔn)確測得，否則不能計算檢驗，題目較難，需要具備扎實的基礎(chǔ)知識和實驗基本操作技能．