Question

14．某化學興趣小組為了探究銅和一定量的濃硝酸反應時是否有一氧化氮產(chǎn)生，設計了如下的反應裝置：
（假設氣體體積均為標準狀況下測得，導氣管中氣體體積忽略不計，且忽略反應中的溶液體積變化）

試回答下列問題：
（1）在銅和濃硝酸反應前，擠壓打氣球鼓入空氣，經(jīng)A、B、C充分反應后，進入D中的氣體是N₂（填化學式），進行此步實驗時對止水夾k₁、k₂和k₃的操作分別是關閉k₃，打開k₁和k₂；
（2）寫出A裝置中反應的離子方程式CO₂+2OH^-=CO₃^2-+H₂O，C裝置中反應的化學方程式2Cu+O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuO；
（3）關閉k₁、k₂打開k₃，由分液漏斗向D中滴加濃硝酸．待Cu和濃硝酸反應結束后，再通過分液漏斗向D中加入CCl₄至滿．從E裝置所得溶液中取出25.0mL，向其中逐滴加入0.10mol/L NaOH溶液．當?shù)沃?0.0mL時兩者恰好完全反應．則E中所得硝酸溶液的物質的量濃度為0.08mol/L；
（4）若裝置E在實驗過程中出現(xiàn)倒吸現(xiàn)象，則可采取的緊急措施是向下調節(jié)量氣管（或及時關閉k₃）；
（5）若忽略反應物自身的體積和揮發(fā)等因素帶來的影響，實驗測得F裝置中氣體體積約為139.6mL，則說明銅和一定量的濃硝酸反應時無（填“有”或“無”）NO生成．

Answer 1

分析 （1）氣球中的空氣成分主要是氧氣、氮氣、二氧化碳、水蒸氣等，通過氫氧化鈉溶液除去二氧化碳，通過濃硫酸除去水蒸氣；C裝置是反應掉空氣中的氧氣；D裝置是驗證銅和濃硝酸反應中可能產(chǎn)生一氧化氮氣體，必須保證不能含有氧氣，才能在后續(xù)試驗中通過測定氣體體積判斷一氧化氮氣體的存在，所以D中充滿氮氣體積為50ml；按照氣體流向進行開關的操作；
（2）A裝置中二氧化碳與氫氧化鈉溶液反應生成碳酸鈉和水，據(jù)此寫出離子方程式；C裝置中銅與氧氣反應生成氧化銅；
（3）根據(jù)酸堿中和反應的定量關系計算硝酸的濃度；
（4）若裝置E在實驗過程中出現(xiàn)倒吸現(xiàn)象，則需要降低球形管中氣體的壓強或與D裝置隔開；
（5）根據(jù)E中生成的硝酸溶液體積為100ml，結合化學方程式計算生成的一氧化氮氣體，一氧化氮和氮氣的體積之和與收集的氣體體積比較判斷即可；

解答 解：（1）氣球中的空氣成分主要是氧氣、氮氣、二氧化碳、水蒸氣等，通過氫氧化鈉溶液除去二氧化碳，通過濃硫酸除去水蒸氣；C裝置是反應掉空氣中的氧氣，所以進入D裝置的氣體主要是氮氣，試管體積為50ml，進入的氮氣體積為50ml，通入氮氣目的是把試管中的空氣排凈，避免生成的一氧化氮氣體被氧氣氧化為二氧化氮，無法驗證銅和濃硝酸反應產(chǎn)物中有一氧化氮氣體生成；
依據(jù)氣體流向，開關操作是關閉K₃，打開K₁、K₂，讓氮氣把試管中的空氣趕凈，更好的利用后續(xù)試驗測定氣體體積和驗證一氧化氮氣體的生成；
故答案為：N₂；關閉k₃，打開k₁和k₂；
（2）二氧化碳與氫氧化鈉溶液反應生成碳酸鈉和水，離子方程式為：CO₂+2OH^-=CO₃^2-+H₂O；銅與氧氣反應生成氧化銅，方程式為：2Cu+O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuO； 
故答案為：CO₂+2OH^-=CO₃^2-+H₂O；2Cu+O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuO；
（3）從E裝置所得溶液中取出25.0mL，向其中逐滴加入0.10mol/L NaOH溶液．當?shù)沃?0.0mL時兩者恰好完全反應，發(fā)生的反應實質是H⁺+OH^-=H₂O，可以利用酸堿恰好反應的定量關系計算即可，設硝酸濃度為C，則25.00mL×C=20.00mL×0.10mol/L，C=0.08mol/L，故答案為：0.08mol/L； 
（4）若裝置E在實驗過程中出現(xiàn)倒吸現(xiàn)象，則需要降低球形管中氣體的壓強，可以向下調節(jié)量氣管或與D裝置隔開，需及時關閉k₃；
故答案為：向下調節(jié)量氣管（或及時關閉k₃）；
（5）通過計算分析判斷，E裝置中生成的硝酸溶液體積為100ml，濃度為0.08mol/L，所以生成硝酸物質的量為0.008mol，根據(jù)化學方程式：3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO，生成的一氧化氮氣體物質的量為0.004mol，在標準狀況下的體積=0.004mol×22.4L/mol=0.0896L=89.6ml，加上原來試管中的氮氣50ml，共計139.6ml，等于題干中實驗測得的氣體體積139.6ml．說明銅和濃硝酸反應的過程中生成二氧化氮氣體同時沒有生成一氧化氮氣體；故答案為：無．

點評 本題考查了硝酸的化學性質，主要是分析裝置中的氣體流向和各裝置的作用，需要注意的是裝置測得的體積含有氮氣的體積，整套裝置的目的是檢驗銅和濃硝酸反應過程中是否有一氧化氮氣體的生成，需要保證裝置中不能含有氧氣，才能準確測得，否則不能計算檢驗，需要具備扎實的基礎知識和實驗基本操作技能，題目較難．