Question

15．為了測定足量銅與適量一定濃度的濃硝酸反應生成一氧化氮氣體和二氧化氮氣體的物質的量之比（用m表示），請從如圖中選用合適的實驗裝置，設計一個合理而簡單的實驗，用于測定m的值（不考慮二氧化氮轉化為四氧化二氮）．其中E裝置為量氣管，由甲、乙兩根玻璃管組成，用橡皮管連通，并裝人適量水，甲管有刻度（0-50mL），供量氣用，乙管可上下移動，用來調節液面高低．回答下列問題：
（1）裝置的連接順序是（填各接口的編號）②③④⑤⑧⑨．
（2）連接好裝置并檢查氣密性后，應打開a 通入氮氣；然后打開b，從乙管注水至充滿甲、乙兩管，關上a、b．通入氮氣的原因是趕凈裝置中空氣，防止生成的一氧化氮與氧氣反應影響測定結果．
（3）實驗后，若量氣管中氣體的體積為VmL（已換算成標準狀況下），要測定m的值，還要將C中的溶液作中和滴定實驗，假設測得其中溶質物質的量為n，用含V和n的式子表示m：$\frac{V-11200n}{33600n}$（答案要求化簡）．
（4）下列操作中能造成m值偏小的是BC
A．反應前E中甲管所裝水里氣泡沒趕盡，而最后讀數時氣泡消失
B．實驗前，甲、乙兩管液面在同一水平面上，最后讀數時乙管的液面高于甲管的液面
C．實驗前沒有先通人足量的氮氣    
D．實驗過程中，E裝置乙管的水溢出
E．實驗后未冷卻至室溫即開始讀數．

Answer 1

分析 （1）足量銅與適量一定濃度的濃硝酸反應生成一氧化氮氣體和二氧化氮氣體，生成的混合氣體經過水充分吸收后生成NO，可用量氣裝置測量體積；
（2）連接好裝置并檢查氣密性后，應打開a，通入氮氣，為保證NO和NO₂完全被吸收以及被空氣中氧氣氧化；然后打開b，從乙管注水至充滿甲、乙兩管，關上a、b；
（3）要測定m的值，需要測定裝置C中生成的吸收溶液中溶質物質的量，采取中和滴定的方法準確測定，依據生成的二氧化氮和一氧化氮氣體物質的量計算m；
（4）下列操作中能造成m值偏小的是：
A．反應前E中甲管所裝水里氣泡沒趕盡，而最后讀數時氣泡消失，讀取氣體體積增大；
B．實驗前，甲、乙兩管液面在同一水平面上，最后讀數時乙管的液面高于甲管的液面，甲管內的氣體壓強大于大氣壓強，讀取氣體體積變小；
C．實驗前沒有先通入足量的氮氣，生成的一氧化氮氣體和氧氣反應生成二氧化氮氣體，比值減小； 
D．實驗過程中，E裝置乙管的水溢出，測定氣體體積增大；
E．實驗后未冷卻至室溫即開始讀數，熱脹冷卻讀取氣體體積增大．

解答 解：（1）為保證NO和NO₂完全被吸收，NO易被氧化，應排除空氣，實驗前應通入足量的氮氣，則應選擇B裝置，足量銅與適量一定濃度的濃硝酸反應生成一氧化氮氣體和二氧化氮氣體，生成的混合氣體經過水充分吸收后生成NO，從④進氣，可用量氣裝置測量體積，最后應連接E裝置中的⑧，裝置的連接順序是②③④⑤⑧⑨；
故答案為：②③④⑤⑧⑨；
（2）NO易被氧化，應排除空氣，實驗前應通入足量的氮氣，連接好裝置并檢查氣密性后，應打開a，通入氮氣，為保證NO和NO₂完全被吸收以及防止一氧化氮被空氣中氧氣氧化；然后打開b，從乙管注水至充滿甲、乙兩管，關上a、b；
故答案為：a；b；趕凈裝置中空氣，防止生成的一氧化氮與氧氣反應影響測定結果：
（3）要測定m的值，需要測定裝置C中生成的吸收溶液中溶質物質的量，采取中和滴定的方法準確測定，C中發生3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO，生成nmolHNO₃，則應有1.5nmolNO₂，生成0.5nmolNO，所以原混合氣體中NO為$\frac{V×1{0}^{-3}}{22.4}$mol-0.5nmol，體積為（V×10^-3-11.2n）L，1.5nmolNO₂的體積為33.6nL，則二者的比值為m=$\frac{V×1{0}^{-3}-11.2n}{33.6n}$=$\frac{V-11200n}{33600n}$，
故答案為：C；中和滴定；$\frac{V-11200n}{33600n}$；
（4）下列操作中能造成m值偏小的是：
A．反應前E中甲管所裝水里氣泡沒趕盡，而最后讀數時氣泡消失，讀取氣體體積增大，所以一氧化氮和二氧化氮物質的量之比增大，故錯誤；
B．實驗前，甲、乙兩管液面在同一水平面上，最后讀數時乙管的液面高于甲管的液面，甲管內的氣體壓強大于大氣壓強，讀取氣體體積變小，所以一氧化氮和二氧化氮物質的量之比增大，故正確；
C．實驗前沒有先通入足量的氮氣，生成的一氧化氮氣體和氧氣反應生成二氧化氮氣體，比值減小，所以一氧化氮和二氧化氮物質的量之比增大，故正確； 
D．實驗過程中，E裝置乙管的水溢出，測定氣體體積增大，所以一氧化氮和二氧化氮物質的量之比增大，故錯誤；
E．實驗后未冷卻至室溫即開始讀數，熱脹冷卻讀取氣體體積增大，所以一氧化氮和二氧化氮物質的量之比增大，故錯誤；
故答案為：BC．

點評 本題較為綜合，涉及氣體的制備、收集以及測定等方面的考查，題目難度中等，注意制備氣體的原理以及實驗裝置，根據反應的相關方程式計算．