Question

某研究性实验小组欲验证浓硝酸在与Cu、Ag合金的反应过程中除生成NO₂气体外，还会有少量NO生成、并测定Cu、Ag合金中Cu的质量分数。查阅相关资料表明：“常温下，NO₂与N₂O₄混合存在，在低于0℃时几乎只有无色的N₂O₄液体或晶体存在。”为此，他们设计了如下图所示的装置。

请回答下列问题

（1）写出A中Cu与HNO₃反应可能的化学方程式                              。

（2）实验开始前先打开A部分的活塞K₁，持续通入一段时间的氮气再关闭K₁，其目的是                                              ；装置中B瓶的作用是                                                               。

（3）停止反应后，打开D中的活塞K₂并通入O₂，若有NO生成，则D中出现的现象是                                ；实验发现，通入的O₂温度高低对实验现象有较大影响，为便于观察应通入（填“热”或“冷”）       的O₂。

（4）为减小实验误差，在A中反应完成和D中出现现象后，还应继续进行的操作是                 

                                                            。

（5）实验测得如下数据：实验前，Cu、Ag合金的质量：15.0g，浓HNO₃：40mL 13.5 mol·L^1；实验后A溶液：V＝40mL  c(H⁺)＝1.0 mol·L^1。假设反应中HNO₃既无挥发也无分解，则：

①参加反应的HNO₃的物质的量为                   mol。

②若已测出反应后E装置的生成物中含氮元素的质量，则为确定合金中Cu的质量分数还需测定的数据是                                                      。

（6）若已知Cu、Ag合金的质量为m g，且溶解完全。请利用A装置中反应后的溶液进行简单的操作，以确定合金中Cu的质量分数，其实验过程为                                             。

Answer

21．(12分)（1）Cu+4HNO3(浓)==Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O

3Cu+8HNO3(稀)==3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O （写对一个给1分，两个都对给3分）

（2）把装置中的空气赶走，防止NO被氧化为NO2 (1分，写出防止NO被氧化为NO2就给分)

干燥反应中生成的气体 (1分) （3）无色气体变为红棕色 (1分) 热 (1分)

（4）打开K1、K2持续通入一段时间的N2和O2(1分)（5）①0.5(1分)

②C中烧瓶在实验前后增加的质量 (1分)

（6）在A中加入过量含Cl—溶液，过滤后，将沉淀洗涤、干燥，最后称取沉淀的质量 (2分)

【解析】

试题分析：（1）浓硝酸的还原产物是NO2，但由于随着反应的进行，硝酸的浓度逐渐变稀，会生成NO，所以反应的方程式是Cu+4HNO3(浓)==Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O 、3Cu+8HNO3(稀)==3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O；

（2）由于装置中含有空气，而空气能把NO氧化生成NO2，从而干扰实验的检验，所以这样操作的目的是赶走装置中的空气，防止NO被氧化为NO2。由于生成的气体中含有水蒸气，而NO2能和水反应生成NO，从而无法确认铜与硝酸反应是否生成了NO气体，所以B装置的作用是干燥反应中生成的气体；

（3）NO极易被氧气氧化生成红棕色的NO2，所以实验现象是无色气体变为红棕色。由于存在可逆反应2NO2N2O4，又因为该反应是放热反应，所以热的空气可以使平衡 2NO2N2O4向逆方向移动，因此NO2浓度增大，从而导致颜色加深，所以应该通入热的氧气；

（4）由于装置中有残留的气体，所以在D中观察到实验现象后还须进行的操作是：打开K1、K2持续通入一段时间的N2和O2，以把气体完全排尽。

（5）①硝酸的总的物质的量是0.54mol，剩余硝酸是0.04mol，所以参加反应的硝酸是0.54mol－0.04mol＝0. 5mol；②要计算铜质量分数，还需要计算出生成的N2O4的质量。所以还需要测量C中烧瓶在实验前后增加的质量

（6）由于反应后金属生成了硝酸盐，所以要测定该银圆中铜的质量分数，还需要把金属阳离子变成沉淀，然后通过称量即可计算，所以正确的操作可以是向反应后的溶液中加入足量的盐酸，过滤、洗涤、干燥、称量沉淀的质量。

考点：考查物质的分离、外界条件对平衡的影响以及有关计算等知识。