Question

7．化學實驗離不開水．請根據水的不同作用和功能，分析以下四個裝置圖，回答問題：

實驗一：制取氫氣
（1）圖甲所示裝置可用于實驗室制取氫氣，這種制氣裝置在加入反應物前，如何檢查氣密性塞緊橡皮塞，夾緊彈簧夾后，往長頸漏斗中加水，使漏斗導管的液面高于試管的液面，液面差保持不變一段時間，說明氣密性良好．
（2）用鋅與稀硫酸制取氫氣時，加入少量硫酸銅溶液會加快產生氫氣的速率，請解釋加快反應速率的原因：Zn+Cu²⁺=Cu+Zn²⁺，形成銅鋅原電池，使反應速率加快．
實驗二：噴泉實驗
（3）圖乙所示裝置中燒瓶已裝滿干燥氨氣，進行噴泉實驗時應該先打開止水夾（填“擠捏膠頭滴管”或“打開止水夾”）．
（4）如果只提供如圖丙所示裝置，若想迅速引發噴泉，下列方法可行的是ab．
a．用熱毛巾捂住燒瓶                                b．用冰塊捂住燒瓶
c．將燒杯中的水換成飽和食鹽水            d．向燒杯中加入少量硫酸
實驗三：探究一定溫度下能使鐵鈍化的硝酸的最低濃度，實驗裝置如圖丁所示．
①開始實驗時，觀察到靈敏電流計指針指向銅絲，但又迅速反轉指向鐵絲；
②再用盛蒸餾水的注射器緩慢向具支試管內加水并振蕩，在指針恰好開始反轉指向銅絲時停止實驗；
③重復三次實驗得平均加水量為2.5mL（水的密度按1.0g/mL計算）．
（5）該實驗裝置的不足之處是沒有尾氣處理裝置．
（6）當指針第一次指向銅絲時，正極的電極反應式為NO₃^-+e^-+2H⁺═NO₂↑+H₂O．
（7）根據此實驗計算，使鐵鈍化的硝酸最低質量分數為47.9%．

Answer 1

分析 （1）裝置氣密性檢驗的原理是：通過氣體發生器與附設的液體構成封閉體系，依據改變體系內壓強時產生的現象（如氣泡的生成、水柱的形成、液面的升降等）來判斷裝置氣密性的好壞；
（2）鋅與稀硫酸反應，加入少量硫酸銅，能形成原電池，所以反應速率加快；
（3）利用氨氣極易溶于水，形成壓強差而形成噴泉；
（4）根據利用氣體受熱膨脹（受冷壓縮）而使燒瓶的壓強增大（減小），氨氣逸出（壓強減小）溶解而形成噴泉進行解答；
（5）反應過程中所生產的氮的氧化物是有毒氣體會污染空氣；
（6）指針偏轉指向銅說明銅失電子做負極，正極是溶液中硝酸根離子得到電子發生還原反應；
（7）依據溶質守恒計算．

解答 解：（1）裝置氣密性檢驗的原理是：通過氣體發生器與附設的液體構成封閉體系，依據改變體系內壓強時產生的現象（如氣泡的生成、水柱的形成、液面的升降等）來判斷裝置氣密性的好壞，制備氫氣前檢驗裝置的氣密性為：塞緊橡皮塞，夾緊彈簧夾后，往長頸漏斗中加水，使漏斗導管的液面高于試管的液面，液面差保持不變一段時間，說明氣密性良好，故答案為：塞緊橡皮塞，夾緊彈簧夾后，往長頸漏斗中加水，使漏斗導管的液面高于試管的液面，液面差保持不變一段時間，說明氣密性良好；
（2）鋅與稀硫酸反應，加入少量硫酸銅，能形成原電池，方程式為：Zn+Cu²⁺=Cu+Zn²⁺，所以反應速率加快，故答案為：Zn+Cu²⁺=Cu+Zn²⁺，形成銅鋅原電池，使反應速率加快；
（3）氨氣極易溶于水，如果打開止水夾，氨氣溶于水后燒瓶內壓強迅速減小，而形成噴泉，故答案為：打開止水夾；
（4）裝置丙沒有膠頭滴管，打開止水夾，用手（或熱毛巾等）將燒瓶捂熱，氨受熱膨脹，氣體從燒瓶中逸出，趕出玻璃導管中的空氣，氨氣極易溶于水，氨氣與水接觸，燒瓶內壓強減小，即發生噴泉，或者用冰塊捂住燒瓶，使瓶內氣體體積縮小，壓強減小，故打開止水夾，水進入瓶內，故答案為：ab；
（5）反應過程中所生產的了氮的氧化物是有毒氣體會污染空氣，該實驗裝置的不足之處是沒有尾氣處理裝置，故答案為：沒有尾氣處理裝置；
（6）指針偏轉指向銅說明銅失電子做負極，正極是溶液中硝酸根離子得到電子發生還原反應，電極反應為：NO₃^-+e^-+2H⁺═NO₂↑+H₂O，故答案為：NO₃^-+e^-+2H⁺═NO₂↑+H₂O；
（7）使鐵鈍化的硝酸最低濃度=$\frac{5.0×1.4×65%}{5.0×1.4+2.5}$×100%=47.9%，故答案為：47.9%．

點評 本題主要考查了實驗室中氫氣的制取方法、氨氣的噴泉實驗、原電池原理的分析應用等，注意鐵在常溫下在濃硝酸中的鈍化，題目難度中等．