Question

某化学兴趣小组欲验证：“铜和一定量的浓硝酸反应有一氧化氮产生”．设计使用了如下装置进行实验．（假设气体体积均为标准状况，导气管中气体体积忽略不计，且忽略反应中的溶液体积变化）
试回答下列问题：
（1）将铜粉分散在石棉绒中的原因是______．
（2）在铜和浓硝酸反应前，挤压打气球，经A、B、C反应后，进入D中的气体主要成分是______（填化学式），通入该气体的目的是______；进行此步操作时应关闭______，打开______ （填K₁、K₂或K₃）．
（3）关闭K₁、K₂，打开K₃，由分液漏斗向D中滴加浓硝酸．待Cu和浓硝酸反应结束后，再通过分液漏斗向D中加入CCl₄至满．则D中一定发生反应的离子方程式为：______．
（4）若E中出现倒吸，可采取的应急操作是______．
（5）I．从E装置所得溶液中取出25.00mL，加两滴酚酞，用0.1000mol?L^-1的NaOH溶液滴定，当滴定完成后消耗NaOH溶液18.00mL，则E容器中所得硝酸的物质的量浓度为______ mol?L^-1．
Ⅱ．若实验测得F装置所收集到的气体体积为139.00mL，则铜和一定量的浓硝酸反应______（填“有”或“无”）NO生成，其依据是（请用数据和文字说明）______．

Answer 1

解：（1）将铜粉分散在石棉绒中可以增大铜粉与氧气的接触面积，加快反应速率使反应更充分，故答案为：增大铜粉与氧接触面积，使反应迅速、充分；
（2）气球中的空气成分主要是氧气、氮气、二氧化碳、水蒸气等，通过氢氧化钠溶液除去二氧化碳，通过浓硫酸除去水蒸气；C装置是反应掉空气中的氧气，所以进入D装置的气体主要是氮气，试管体积为50ml，进入的氮气体积为50ml，通入氮气目的是把试管中的空气排净，避免生成的一氧化氮气体被氧气氧化为二氧化氮，无法验证铜和浓硝酸反应产物中 有一氧化氮气体生成，依据气体流向，开关操作是关闭K₃，打开K₁、K₂，让氮气把试管中的空气赶净，更好的利用后续试验测定气体体积和验证一氧化氮气体的生成，
故答案为：N₂；排出D中的空气；关闭K₃ ；打开K₁、K₂；
（3）关闭K₁、K₂，打开K₃，由分液漏斗向D中滴加浓硝酸，一定发生的反应是铜和浓硝酸反应生成硝酸铜二氧化氮和水，可能发生的反应是浓硝酸变稀后和铜的反应生成硝酸铜一氧化氮和水；D中一定发生反应的离子方程式：Cu+2NO₃^-+4H⁺=Cu²⁺+2NO₂↑+2H₂O；通过分液漏斗向D中加入CCl₄至满，因为氮气和氮氧化物不溶于四氯化碳，是为了把氮气和生成的气体全部排入到E装置吸收，故答案为：Cu+2NO₃^-+4H⁺=Cu²⁺+2NO₂↑+2H₂O；
（4）DEF在关闭K₃后装置是一套气密性完好的装置，若E中出现倒吸，可以调节F中量气管的液体高度改变压强，向下调节量气管，使E中的压强减少，防止液体进入E发生倒吸，或直接关闭K₃，不让液体进入E装置，故答案为：向下调节量气管（或及时关闭K₃）；
（5）Ⅰ、E装置所得溶液调节为100ml，取出25.00mL，加两滴酚酞，用0.1000mol?L^-1的NaOH溶液滴定，当滴定完成后消耗NaOH溶液18.00mL，可以利用酸碱恰好反应的定量关系计算即：
设硝酸浓度为C，发生的反应实质是H⁺+OH^-=H₂O，25.00mL×C=18.00mL×0.1000mol?L^-1，C=0.0720mol/L，故答案为：0.0720；
Ⅱ、通过计算分析判断，E装置中生成的硝酸溶液体积为100ml，浓度为0.0720mol/L，所以生成硝酸物质的量为0.0072mol，根据化学方程式3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO，生成的一氧化氮气体物质的量为0.0036mol，在标准状况下的体积=0.0036mol×22.4L/mol=0.08064L=80.64ml，加上原来试管中的氮气50ml，共计130.64ml，小于题干中实验测得的气体体积139.00ml．说明铜和浓硝酸反应的过程中生成二氧化氮气体同时也生成了一氧化氮气体，
故答案为：有；E装置中生成100mL、0.0720 mol?L^-1硝酸时产生的NO约为80.6 mL，而试管中原有50 mL N₂，二者之和小于139.00mL，说明生成NO₂的同时有NO生成．
分析：（1）根据影响反应速率的因素分析，增大与氧气接触面积会使反应迅速；
（2）气球中的空气成分主要是氧气、氮气、二氧化碳、水蒸气等，通过氢氧化钠溶液除去二氧化碳，通过浓硫酸除去水蒸气；C装置是反应掉空气中的氧气；D装置是验证铜和浓硝酸反应中可能产生一氧化氮气体，必须保证不能含有氧气，才能在后续试验中通过测定气体体积判断一氧化氮气体的存在，所以D中充满氮气体积为50ml；按照气体流向进行开关的操作；
（3）D中发生的反应一定是铜和浓硝酸的反应生成二氧化氮气体，同时可能硝酸变稀生成一氧化氮气体；加入四氯化碳的目的是把生成的气体全部排到E中吸收；
（4）根据装置的特点和压强关系进行分析判断；
（5）Ⅰ根据酸碱中和反应的定量关系计算硝酸的浓度；
Ⅱ根据E中生成的硝酸溶液体积为100ml，结合化学方程式计算生成的一氧化氮气体，一氧化氮和氮气的体积之和与收集的气体体积比较判断．
点评：本题考查了硝酸的化学性质应用，量气管的正确使用方法，主要是分析装置中的气体流向和各装置的作用，装置图中的隐含条件气体体积的应用，酸碱反应的计算，关键是整套装置的目的是检验铜和浓硝酸反应过程中 是否有一氧化氮气体的生成，需要保证装置中不能含有氧气，才能准确测得，否则不能计算检验，题目较难，需要具备扎实的基础知识和实验基本操作技能．