Question

17．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”．设计如下装置进行实验．（假设气体体积均为标准状况下测定，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）在铜和浓硝酸反应前，挤压打气球（球内充满空气），经A、B、C反应后，进入D中的气体主要成分是N₂ （填化学式）；进行此步操作时应关闭K₃，打开K₁、K₂（填K₁、K₂或K₃）．
（2）关闭K₁、K₂，打开K₃，由分液漏斗向D中滴加浓硝酸，此时D中一定发生反应的离子方程式为Cu+2NO₃^-+4H⁺=Cu²⁺+2NO₂↑+2H₂O．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．
（3）若E装置中出现倒吸，可采取的应急操作是向下调节量气管（或及时关闭K₃）．
（4）经测定，E装置中所得硝酸的物质的量浓度为0.05mol/L，实验测得F装置所收集到的气体体积为120 mL，则铜和一定量的浓硝酸反应有  （填“有”或“无”）NO生成，其依据是（请用数据和文字说明）E装置中生成100mL、0.05mol/L^-1硝酸时产生的NO约为56mL，而试管中原有50mLN₂，二者之和小于120mL，说明生成NO₂的同时有NO生成．

Answer 1

分析 （1）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；按照气体流向进行开关的操作；
（2）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；
（3）根据装置的特点和压强关系进行分析判断；
（4）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．

解答 解：（1）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；K₃ ；K₁、K₂；
（2）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，
故答案为：Cu+2NO₃^-+4H⁺=Cu²⁺+2NO₂↑+2H₂O；
（3）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）；
（4）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0.05mol/L，所以生成硝酸物质的量为0.005mol，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0.0025mol，在标准状况下的体积=0.0025mol×22.4L/mol=0.056L=56ml，加上原来试管中的氮气50ml，共计106ml，小于题干中实验测得的气体体积120ml．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、0.05 mol/L^-1硝酸时产生的NO约为56 mL，而试管中原有50 mL N₂，二者之和小于120mL，说明生成NO₂的同时有NO生成．

点评 本题考查性质实验方案的设计，涉及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，题目较难，需要具备扎实的基础知识和实验基本操作技能．