Question

8．某位同學在查閱資料時發現含氮化合物有以下性質：
①常溫下NO₂和N₂O₄混合存在，在低于0℃的過冷水中只有無色的N₂O₄液體或晶體存在；
②濃硝酸與銅、銀等不活潑金屬反應時除生成NO₂氣體外還有少量NO生成．
該同學在驗證了“性質①”后又設計了如下裝置驗證“性質②”，同時測定某電器元件中銅銀合金材料的含銅量．實驗步驟如下：
第一步 檢驗裝置的氣密性后加入相關藥品；
第二步 打開K₁，通入氮氣一段時間，關閉K₁，打開A中分液漏斗的活塞，向盛有7g銅銀合金粉末的圓底燒瓶中加入13.5mol•L^-1濃硝酸100mL；
第三步A中反應結束后…；
第四步打開K₁，通入氮氣一段時間．
回答下列問題：
（1）實驗前、后都需要打開K₁，通入氮氣一段時間．
“第二步”中通入氮氣是為了排盡裝置中的空氣，防止生成的NO被氧化；
“第四步”中通入氮氣是為了保證反應產生的氣體完全被裝置E吸收．
（2）“第三步”的目的是驗證“性質②”并確保有害氣體被完全吸收，請補全實驗步驟并寫出能證實“性質②”的預期現象：A中反應結束后，打開K₂，持續通入氧氣，D中出現紅棕色氣體．
（3）實驗結束后，通過測量確定裝置A燒瓶中溶液的體積為100mL，裝置C增重3.22g，裝置E增重0.54g（E中N元素均以NO₃^-的形式存在），不考慮硝酸的揮發與分解以及空氣對試劑的影響，則實驗所用銅銀合金中銅的質量分數為22.9%（結果保留3位有效數    字），實驗后裝置A燒瓶內溶液中硝酸的物質的量濃度為11.7mol•L^-1．
（4）已知存在可逆反應：Ag+FeCl₃?AgCl+FeCl₂
另一位同學提出可通過向盛有銅銀合金的容器中加入足量FeCl₃溶液的方法快速確定合金的含銅量，計算時所需的數據是銅銀合金的質量和反應中產生沉淀的質量．

Answer 1

分析 本題為探究題，探究濃硝酸與銅、銀等不活潑金屬反應時除生成NO₂氣體外還有少量NO生成，涉及NO₂與N₂O₄間的轉化，及NO很容易被空氣中的氧氣氧化等性質，解題關鍵是消除彼此間的干擾，據此分析解答；
（1）裝置中本身有空氣，NO很容易被氧化；定量實驗，需要確保生成物能完全測定，E裝置就是為了吸收生成的氮氧化物的；
（2）NO遇氧氣很容易生成NO₂，現象是無色變為紅棕色；
（3）裝置C中收集到的是N₂O₄，E中增重的質量應該是NO和O₂的質量，可結合電子守恒計算固體中Cu或銀的質量，根據原子守恒及電荷守恒計算反應后溶液A中HNO₃的濃度；
（4）銅、銀均能溶解在FeCl₃溶液里，但銀可以轉化為氯化銀沉淀，因此只有知道生成氯化銀的質量，就可以確定混合物中各組分的含量．

解答 解：（1）利用通入的空氣將裝置內的空氣排盡，防止NO被氧化；第四步通N2的目的是將生成的NO和O₂的混合氣體完全被E中NaOH溶液吸收，故答案為：排盡裝置中的空氣，防止生成的NO被氧化；保證反應產生的氣體完全被裝置E吸收；
（2）欲驗證NO可利用NO遇氧氣變紅棕色的性質，只要打開K₂，持續通入氧氣，D中出現紅棕色氣體即可證明，故答案為：打開K₂，持續通入氧氣，D中出現紅棕色氣體；
（3）N₂O₄的物質的量為$\frac{3.22g}{92g/mol}$=0.035mol，根據4NO+3O₂+2H₂O=4HNO₃，設NO的物質的量為nmol，則O₂的物質的量為0.75nmol，30n+32×0.75n=0.54，解得：n=0.01mol，設Cu的物質的量為xmol，銀的物質的量為ymol，則64x+108y=7，另外電子守恒式為：2x+y=0.035×2+0.01×3，解得：x=0.025mol，y=0.05mol，則Cu的質量為0.025mol×64g/mol=1.6g，則銅的質量分數為$\frac{1.6g}{7g}×100%$=22.9%；被還原的硝酸為0.035mol×2+0.01mol=0.08mol，實際消耗的HNO₃為0.08mol+2x+y=0.18mol，剩余硝酸為13.5mol/L×0.1L-0.18mol=1.17mol，實驗后A中硝酸的濃度為：$\frac{1.17mol}{0.1L}$=11.7mol/L； 故答案為：22.9%；11.7；
（4）根據反應Ag+FeCl₃?AgCl+FeCl₂可知；當FeCl₃溶液足量時固體完全溶解，生成的沉淀為AgCl，只要知道沉淀質量，Ag的質量即可求算，再結合固體的總質量，就可以計算合金中銅的質量分數，故答案為：反應中產生沉淀的質量．

點評 本題以探究銅、銀與硝酸反應產物為載體，考查了氧化還原發生過程中的電子守恒規律，以及化學反應中的原子守恒、溶液中的電荷守恒等，另外涉及物質的鑒別，考查較為綜合，中等難度．