Question

9．某研究性實驗小組欲驗證濃硝酸在與Cu、Ag合金的反應過程中，除了生成NO₂氣體外，還會有少量NO生成，并測定Cu、Ag合金中Cu的質量分數．查閱相關資料表明：“常溫下，NO₂與N₂O₄混合存在，在低于0℃時幾乎只有無色的N₂O₄液體或晶體存在．”為此，他們設計了如圖所示的裝置：

請回答下列問題：
（1）寫出A中Cu與HNO₃反應可能的化學方程式Cu+4HNO₃（濃）=Cu（NO₃）₂+2NO₂↑+2H₂O、3Cu+8HNO₃（稀）=3Cu（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O．
（2）實驗開始前先打開A部分的活塞K₁，持續通入一段時間的氮氣再關閉K₁，其目的是排出系統的空氣，防止NO氧化為NO₂；裝置中B瓶的作用是吸收水蒸氣，防止水蒸氣在C中冷凝后與NO₂反應產生NO．
（3）停止反應后，打開D中的活塞K₂并通入O₂，則D中能出現的現象是無色氣體變成紅棕色氣體．
（4）C裝置的作用是盡量把NO₂轉化為N₂O₄，減少對NO檢驗的干擾；E裝置的作用是除去NO₂，防止污染空氣．
（5）若A中的Cu、Ag合金的質量為8.0g，加入20mL 13.5mol•L^-1的濃HNO₃，實驗結束后A中溶液的體積不變，測得 c （H⁺）=1.0mol•L^-1．假設反應中HNO₃既無揮發也無分解，則參加反應的HNO₃的物質的量為0.25mol．
（6）若已知Cu、Ag合金的質量為m g，且溶解完全．請利用A裝置中反應后的溶液進行簡單的操作，以確定合金中Cu的質量分數，其實驗過程為在A中加入過量的Cl^-的溶液，過濾、洗滌、干燥并稱量沉淀的質量．

Answer 1

分析 實驗開始前要先打開A部分的活塞K₁，持續通一段時間的氮氣再關閉K₁，排盡裝置中的空氣，滴入濃硝酸反應生成二氧化氮和一氧化氮氣體，干燥后通過裝置C，在低于0℃時幾乎只有無色的N₂O₄液體或晶體存在，A中的反應停止后，打開D中的活塞K₂，并通入氧氣，若反應確有NO產生，則D中出現紅棕色氣體，說明有一氧化氮氣體生成，剩余氣體用氫氧化鈉溶液吸收；
（1）根據銅和濃硝酸反應生成二氧化氮、硝酸銅和水，隨著反應的進行，硝酸濃度變稀，銅和稀硝酸反應生成一氧化氮氣體，硝酸銅和水；
（2）通入氮氣是排除裝置中的空氣，避免生成的一氧化氮氣體被氧化為二氧化氮；B裝置是利用濃硫酸的吸水性吸收氣體中的水蒸氣避免在C中 冷卻后水和二氧化氮反應生成一氧化氮；
（3）一氧化氮和氧氣反應生成紅棕色二氧化氮氣體；
（4）C裝置是冷卻氣體使二氧化氮轉化為四氧化二氮減少NO檢驗的干擾，E裝置除去尾氣防止倒吸、防止污染空氣；
（5）硝酸的總的物質的量n=13.5mol•L¹×0.04L=0.54mol，剩余硝酸n=1mol•L¹×0.04L=0.04mol，確定反應的硝酸的物質的量；
（6）銅銀合金和硝酸全部反應生成銅鹽和銀鹽，利用A裝置中銀離子和氯離子形成的沉淀稱量計算得到合金中銅的質量分數．

解答 解：（1）銅和濃硝酸反應生成二氧化氮、硝酸銅和水，隨著反應的進行，硝酸濃度變稀，銅和稀硝酸反應生成一氧化氮氣體，硝酸銅和水，反應的可能化學方程式為：Cu+4HNO₃（濃）=Cu（NO₃）₂+2NO₂↑+2H₂O、3Cu+8HNO₃（稀）=3Cu（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O；
故答案為：Cu+4HNO₃（濃）=Cu（NO₃）₂+2NO₂↑+2H₂O、3Cu+8HNO₃（稀）=3Cu（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O；
（2）通入氮氣是排出裝置中的空氣，避免生成的一氧化氮氣體被氧化為二氧化氮；B裝置是利用濃硫酸的吸水性吸收氣體中的水蒸氣避免在C中冷卻后水和二氧化氮反應生成一氧化氮，
故答案為：排出系統的空氣，防止NO氧化為NO₂；吸收水蒸氣，防止水蒸氣在C中冷凝后與NO₂反應產生NO；
（3）A中的反應停止后，打開D中的活塞K₂再通入氧氣，若反應中確有NO產生，一氧化氮和氧氣反應生成紅棕色氣體二氧化氮氣體；
故答案為：無色氣體變成紅棕色氣體；
（4）C裝置是冷卻氣體使二氧化氮轉化為四氧化二氮，盡量把NO₂轉化為N₂O₄，減少對NO檢驗的干擾，E裝置除去尾氣NO₂防止倒吸、防止污染空氣；
故答案為：盡量把NO₂轉化為N₂O₄，減少對NO檢驗的干擾；除去NO₂，防止污染空氣；
（5）硝酸的總的物質的量n=13.5mol•L¹×0.02L=0.27mol，剩余硝酸n=1mol•L¹×0.02L=0.02mol，所以參加反應的硝酸是0.27mol-0.02mol=0.25mol；
故答案為：0.25mol；
（6）銅銀合金和硝酸全部反應生成銅鹽和銀鹽，利用A裝置中銀離子和氯離子形成的氯化銀沉淀稱量，即在A中加入過量的Cl^-的溶液，過濾、洗滌、干燥并稱量沉淀的質量，從而計算得到合金中銅的質量分數，
故答案為：在A中加入過量的Cl^-的溶液，過濾、洗滌、干燥并稱量沉淀的質量．

點評 本題考查了物質性質的實驗設計，涉及硝酸性質，實驗步驟和產物性質及其反應現象是解題關鍵，題目難度中等．