Question

（14分）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 13.5mol•L﹣¹；实验后A溶液：V=40mL  c(H⁺)=1.0mol•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      ．

Answer

（1）Cu+4HNO3(浓)=Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O、3Cu+8HNO3(稀)=3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O；

（2）把装置中的空气赶走，防止NO被氧化为NO2；干燥反应中生成的气体；

（3）无色气体变为红棕色；热；

（4）打开K1、K2持续通入一段时间的N2和O2；

（5）①0.5；②C中烧瓶在实验前后增加的质量；

【解析】

试题分析：（1）开始在A中Cu与浓HNO3反应：Cu+4HNO3(浓)=Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O，随着反应的进行，硝酸变为稀硝酸，这时发生反应：3Cu+8HNO3(稀)=3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O；（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，其目的是把装置中的空气赶走，防止NO被氧化为NO2；装置中B瓶的作用是干燥反应中生成的气体，防止NO2与水发生反应产生HNO3。（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中由于会发生反应：2NO+O2=2NO2，因此会看到气体由无色变为红棕色；由于NO2会继续发生反应：2NO2N2O4；ΔH<0，若使用的氧气温度高，反应产生的NO2发生继续发生反应2NO2N2O4，由于升高温度，化学平衡向吸热的逆反应方向移动，产生更多的NO2，使气体的颜色加深；因此应该通入热的O2。（4）实验结束后，在装置中还有残留的气体存在，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打开K1、K2持续通入一段时间的N2和O2；（5）①n(HNO3)(总)= 13.5mol/L×0.04L=0.54mol，n(HNO3)(剩)=1mol/L L×0.04L=0.04mol，则反应消耗的硝酸的物质的量是n(HNO3)= 0.54mol-0.04mol=0.5mol；②若已测出反应后E装置的生成物中含氮元素的质量，由于Cu与硝酸反应产生的气体含有NO2、N2O4，N2O4在冰水中降温冷却变为液体分离出来，所以为确定合金中Cu的质量分数还需测定的数据是C中烧瓶在实验前后增加的质量。

考点：考查铜与硝酸反应的产物的判断及操作方法正误判断的知识。