Question

(14分)欲用濃硝酸法(測定反應后生成氣體的量)測定某銅銀合金中銅的質量分數。資料表明：①反應中除生成NO₂氣體外還有少量的NO生成；②常溫下N0₂與N₂O₄混合存在，在低于0℃時幾乎只有無色N₂O₄液體或晶體存在。為完成測定并驗證有NO生成，有人設計下圖實驗裝置。

(1)實驗開始前要先打開A部分的活塞K₁，持續通一段時間的氮氣再關閉K₁，這樣做的目的是________________________________________________。

(2)裝置B瓶的作用是___________________________________________。

(3)A中反應停止后，打開D中的活塞K₂并通人氧氣，若反應中確有NO產生，則D中應出現的現象是________________；實驗發現，通人氧氣溫度的高低對實驗現象有較大影響，則為了便于觀察應通人_______________(填“冷”或“熱”)的氧氣。

(4)為了減少測量誤差，在A中反應完成和D中出現現象后，還應繼續進行的操作是：___________________________________________________。

(5)實驗測得下列數據：所用銅銀合金質量為15．0 g，濃硝酸的體積為40 mL，濃度為13．5mol·L－1。實驗后：A中溶液體積為40mL，H⁺濃度為1.0mol·L－1。若設反應中硝酸既無揮發也無分解，則：

    ①參加反應的硝酸的物質的量為______________；

    ②若已測出反應后E裝置的生成物含氮元素的質量，則為確定合金中銅的質量分數，還需要測定的數據是__________。

(6)實驗中只測定銅的質量分數，不驗證NO的產生，則在銅銀合金與硝酸反應后，只需簡單的實驗操作就可以達到目的，請簡述實驗過程_______________                                 ____。

【解析】本實驗的目的有兩個。一是驗證反應中除生成NO₂氣體外還有少量的NO生成，二是測定某銅銀合金中銅的質量分數，解題時我們始終圍繞這兩個目的。要驗證有NO生成，就必須要保證整個裝置中沒有氧氣存在，否則即使生成NO，也會轉變成NO₂，所以實驗開始前要先打開A部分的活塞K1，持續通一段時間的氮氣再關閉K₁，這樣做的目的是排盡裝置中的空氣。檢驗NO的方法是將NO與O₂反應生成紅棕色的NO₂，由于反應中本來就生成NO₂，所以必須將NO₂與NO分離，結合題目不難得到裝置C的作用就是將NO₂轉變成無色N₂O₄液體或晶體。如果溫度過低NO₂會轉變成無色N₂O₄液體或晶體，所以為了便于觀察應通人熱的氧氣。要測定某銅銀合金中銅的質量分數除知道銅銀合金的質量外，還必須測得與銅銀合金相關的另外一個量，方可列方程組求解。結合題意，可知方法為測出氮的氧化物的質量。由于氮的氧化物存在于C、E兩個裝置中，所以必須測出兩個裝置的質量變化。另為保證測定準確，在A中反應完成和D中出現現象后，還應打開K₁、K₂，持續一段時間的N₂和O₂，以保證氮的氧化物被充分吸收。計算參加反應的硝酸的物質的量可以利用原子守恒進行計算，反應后剩余硝酸是0.04mol，反應前硝酸是0.04L×13.5mol/L＝0.54mol，剩余參加反應的硝酸是0.5mol。因為溶液中含有銀離子，剩余可以通過沉淀法來測定銀的物質的量。

 

Answer 1

(1)排盡裝置中的空氣（1分）    (2)干燥生成的氣體（2分）

(3)出現紅棕色（1分）  熱（1分） (4)打開K₁、K₂，持續一段時間的N₂和O₂（2分）

(5) ①0.50mol（3分）②C中圓底燒瓶在實驗前后增加的質量（3分）

(6)向反應后的混合液中加入過量的NaCl溶液，過濾、洗滌、干燥，并稱量所得的AgCl的質量，再進行計算（其他合理答案也可）（3分）