Question

為了研究銅與硝酸反應(yīng)，化學(xué)興趣小組設(shè)計了如下實驗裝置，其中a、b、c是活塞．

（1）裝藥品前，按圖裝置連接后，如何檢驗氣密性？

 

（2）按圖裝藥品后，如果開啟a和c，關(guān)閉b，則Ⅱ中的現(xiàn)象是

 

．
（3）如果將Ⅰ管中的稀硝酸換成濃硝酸，開啟a和c，關(guān)閉b，過一會觀察，可以看到Ⅱ里沒入水中的導(dǎo)管有氣泡冒出，導(dǎo)管內(nèi)氣體呈紅棕色，液面上氣體為無色，試用文字及方程式解釋這一現(xiàn)象：

 

．
（4）在實驗（2）中，要使Ⅱ里的氣體始終保持無色，應(yīng)該怎樣操作？

 

（5）在實驗（2）中，如果裝置Ⅰ、Ⅱ里液面上空間的總體積為VmL，空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)為21%，實驗在標(biāo)準(zhǔn)狀況下進行，全部氧氣通過反應(yīng)轉(zhuǎn)化為硝酸；實驗開始時加入的銅為mg，實驗完畢后剩余的銅為ng，Ⅱ中所得溶液的體積也是VmL（不考慮裝置外空氣的可能進入）．則Ⅱ中所得溶液的物質(zhì)的量濃度是

 

．

Answer 1

考點：性質(zhì)實驗方案的設(shè)計

專題：實驗設(shè)計題

分析：（1）形成密閉體系，通過改變壓強，形成壓強差，觀察液面變化來看氣密性；
（2）按圖裝藥品后，如果開啟a和c，關(guān)閉b，銅和稀硝酸反應(yīng)生成一氧化氮氣體，一氧化氮易和氧氣反應(yīng)生成二氧化氮，二氧化氮為紅棕色氣體；
（3）濃硝酸和銅反應(yīng)生成二氧化氮氣體，二氧化氮和水反應(yīng)生成無色的一氧化氮氣體；
（4）要保持Ⅱ里的氣體始終保持無色，應(yīng)保證沒有氧氣，故應(yīng)把裝置里的空氣排凈，利用Ⅲ裝置反應(yīng)生成的二氧化碳氣體趕凈裝置中的空氣避免對一氧化氮氣體檢驗的干擾；
（5）一氧化氮和氧氣反應(yīng)生成硝酸的反應(yīng)為：4NO+3O₂+2H₂O=4HNO₃，根據(jù)公式c=

n

V

來計算濃度．

解答： 解：（1）開a、b、c，在兩邊的長頸漏斗中加水浸沒端口，然后關(guān)c，形成密閉體系，繼續(xù)加水，在長頸漏斗的頸部保留一段水柱，形成液面差，觀察水柱液面，如果液面不下降，則氣密性好，否則，氣密性不好；
故答案為：開a、b、c，在兩邊的長頸漏斗中加水浸沒端口，然后關(guān)c，繼續(xù)加水，在長頸漏斗的頸部保留一段水柱，觀察水柱液面，如果液面不下降，則氣密性好．
（2）按圖裝藥品后，如果開啟a和c，關(guān)閉b，銅和稀硝酸反應(yīng)生成一氧化氮氣體，離子反應(yīng)為3Cu+2NO₃^-+8H⁺═3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O，故Ⅱ中有氣泡冒出，一氧化氮易和氧氣反應(yīng)生成二氧化氮，二氧化氮為紅棕色氣體，故液面上出現(xiàn)紅棕色氣體；
故答案為：導(dǎo)管口有氣泡冒出，液面上氣體轉(zhuǎn)化為紅棕色；
（3）因銅與濃硝酸反應(yīng)生成硝酸銅、NO₂和水，其離子反應(yīng)為Cu+2NO₃^-+4H⁺═Cu²⁺+2NO₂↑+2H₂O，故觀察到Ⅱ里沒入水中的導(dǎo)管有氣泡冒出，導(dǎo)管內(nèi)氣體呈紅棕色，紅棕色的NO₂與水反應(yīng)生成無色的NO氣體．3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO，故液面上氣體為無色，
故答案為：銅與濃硝酸反應(yīng)的離子反應(yīng)為Cu+2NO₃^-+4H⁺═Cu²⁺+2NO₂↑+2H₂O，故導(dǎo)管內(nèi)氣體呈紅棕色，紅棕色的NO₂與水反應(yīng)3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO，故液面上氣體為無色；
（4）要保持Ⅱ里的氣體始終保持無色，應(yīng)保證沒有氧氣，故應(yīng)把裝置里的空氣排凈，利用Ⅲ裝置反應(yīng)生成的二氧化碳氣體趕凈裝置中的空氣避免對一氧化氮氣體檢驗的干擾；關(guān)a開b、c，碳酸鈣和鹽酸反應(yīng)的離子方程式為CaCO₃+2H⁺═Ca²⁺+CO₂↑+H₂O，產(chǎn)生的氣體把II中的空氣全部排出后，關(guān)b開a、c．
故答案為：關(guān)a開b、c，經(jīng)過一定的時間，待II中的空氣全部排出后，關(guān)b開a、c；
（5）一氧化氮和氧氣反應(yīng)生成硝酸的反應(yīng)為：4NO+3O₂+2H₂O=4HNO₃，設(shè)生成硝酸的物質(zhì)的量為x，則
4NO+3O₂+2H₂O=4HNO₃
4    3          4
  

V×21%

22.4

      x
解得x=

4× V×21% 22.4

3

=0.0125Vmol，根據(jù)c=

0.0125vmol

VL

=0.0125mol?L^-1，
故答案為：0.0125mol?L^-1．

點評：本題考查性質(zhì)實驗方案的設(shè)計，為高頻考點，把握實驗裝置的作用、發(fā)生的反應(yīng)及NO易被氧化為解答的關(guān)鍵，側(cè)重分析能力與實驗?zāi)芰Φ木C合考查，題目難度中等．