Question

某位同学在查阅资料时发现含氮化合物有以下性质：

①常温下NO₂和N₂O₄混合存在，在低于0℃的过冷水中只有无色的N₂O₄液体或晶体存在；

②浓硝酸与铜、银等不活泼金属反应时除生成NO₂气体外还有少量NO生成。

该同学在验证了“性质①”后又设计了如下装置验证“性质②”，同时测定某电器元件中铜银合金材料的含铜量。实验步骤如下：

第一步 检验装置的气密性后加入相关药品；

第二步 打开K₁，通入氮气一段时间，关闭K₁，打开A中分液漏斗的活塞，向盛有7 g铜银合金粉末的圆底烧瓶中加入13.5 mol·L^-1浓硝酸100 mL；

第三步A中反应结束后……；

第四步打开K₁，通入氮气一段时间。

回答下列问题：

（1）实验前、后都需要打开K₁，通入氮气一段时间。

“第二步”中通入氮气是为了___________________；

“第四步”中通入氮气是为了___________________。

（2）“第三步”的目的是验证“性质②”并确保有害气体被完全吸收，请补全实验步骤并写出能证实“性质②”的预期现象：A中反应结束后，_________________________。

（3）实验结束后，通过测量确定装置A烧瓶中溶液的体积为100 mL，装置C增重3.22 g，装置E增重0.54 g(E中N元素均以NO₃^-的形式存在），不考虑硝酸的挥发与分解以及空气对试剂的影响，则实验所用铜银合金中铜的质量分数为_________(结果保留3位有效数字），实验后装置A烧瓶内溶液中硝酸的物质的量浓度为_________mol·L^-1。

（4）已知存在可逆反应：Ag+FeCl₃AgCl+FeCl₂另一位同学提出可通过向盛有铜银合金的容器中加入足量FeCl₃溶液的方法快速确定合金的含铜量，计算时所需的数据是铜银合金的质量和____________。

Answer

（1）排尽装置中的空气，防止生成的NO被氧化；

保证反应产生的气体完全被装置C或E吸收

（2）打开K2，持续通入氧气，D中出现红棕色气体

（3） 22.9%；11.7

（4）反应中产生沉淀的质量

【解析】

试题分析：（1）由于装置中含有空气，而空气能把NO氧化生成NO2，从而干扰实验的检验，实验前、后都需要打开K1，通入氮气一段时间，第二步 打开K1，通入氮气一段时间，是为了排尽装置中的空气，防止生成的NO被氧化；第四步打开K1，通入氮气一段时间，是为了保证反应产生的气体完全被装置C或E吸收；

（2）“第三步”的目的是验证浓硝酸与铜、银等不活泼金属反应时除生成NO2气体外还有少量NO生成，所以打开K2，持续通入氧气，若D中出现红棕色气体，可证明性质②；

（3）实验结束后，装置C增重3.22 g，装置E增重0.54 g(E中N元素均以NO3-的形式存在），可知反应产生的NO2的物质的量为（3.22/92）×2=0.07mol，NO的物质的量为0.54/62=0.0117mol，设铜xmol，银ymol，根据得失电子守恒得2x+y=0.07+0.0117×3；合金的质量为7g，则64x+108y=7；求得x=0.025mol，y=0.05mol；故铜的质量分数为（0.025×64/7）×100%=22.9%；反应过程中消耗的硝酸为0.025×2+0.05+0.07+0.0117=0.18mol，则实验后装置A烧瓶内溶液中硝酸的物质的量浓度为（13.5×0.1-0.18）/0.1=11.7 mol·L-1。

（4）由于反应后金属生成了氯化物，所以要测定该铜银合金中铜的质量分数，还需要把金属阳离子变成沉淀，测定铜银合金的质量和反应中产生沉淀的质量即可。

考点：实验方案的设计，元素含量的测定