综合题12.0分
化学

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:

26.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____________________________。

27.“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,____________________________

28.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

29.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______________。

考察知识点

  • 探究温度、压强对化学反应速率的影响
第1小题正确答案及相关解析

正确答案

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

解析

由于第二步要制取NO,而NO容易被氧气氧化;所以通入氮气的目的是为了排尽装置中的空气,防止生成的NO被氧化;反应结束后要使反应所产生的气体完全被吸收,所以在“第四步”中通入氮气是为了保证反应产生的气体完全被装置C或E吸收。故答案为: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。

考查方向

通过考查实验室气体制备过程中的基本实验操作已经物质成分的测定,要求学生必须认真审题,通过联系所学过的知识和技能,灵活运用并进行知识的类比、迁移、重组,全面细致的思考,从而进一步考查考生的综合实验能力。

解题思路

由于第二步要制取NO,而NO容易被氧气氧化;所以通入氮气的目的是为了排尽装置中的空气,防止生成的NO被氧化;反应结束后要使反应所产生的气体完全被吸收,所以在“第四步”中通入氮气是为了保证反应产生的气体完全被装置C或E吸收。故答案为: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。

易错点

不能全面、正确理解实验目的,对实验基本操作把握准确。

第2小题正确答案及相关解析

正确答案

打开K2,持续通入氧气,D中出现红棕色气体

解析

“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,并确保有害气体被完全吸收,要验证还有少量NO,就要让NO与O2反应,同时要吸收NO,必须让NO转变为NO2气体才能被碱液吸收,所以实验步骤为打开K2,持续通入氧气,D中出现红棕色气体。故答案为:打开K2,持续通入氧气,D中出现红棕色气体。

考查方向

通过考查实验室气体制备过程中的基本实验操作已经物质成分的测定,要求学生必须认真审题,通过联系所学过的知识和技能,灵活运用并进行知识的类比、迁移、重组,全面细致的思考,从而进一步考查考生的综合实验能力。

解题思路

“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,并确保有害气体被完全吸收,要验证还有少量NO,就要让NO与O2反应,同时要吸收NO,必须让NO转变为NO2气体才能被碱液吸收,所以实验步骤为打开K2,持续通入氧气,D中出现红棕色气体。故答案为:打开K2,持续通入氧气,D中出现红棕色气体。

易错点

不能全面、正确理解实验目的,对实验基本操作把握准确。

第3小题正确答案及相关解析

正确答案

22.9%;11.7

解析

【解析】装置C增重3.22 g,说明反应生成的N2O4质量为3.22 g,转移的电子为(3.22/92)×2=0.07mol,装置E中NO3-0.54 g,说明浓硝酸与铜、银还生成了NO,而且增加的质量根据反应关系4NO~O2可以知道反应生成了(0.54/38)mol NO,所以转移的电子为(0.54/38)×3=0.042mol,根据电子守恒可以得出如下关系:n(Cu)×2+n(Ag)×1=0.07+0.042。 再根据n(Cu)×64+n(Ag)×108=7,联立方程组求解得出铜银合金中铜的质量分数为22.9%,根据原子守恒,反应结束后实验后装置A烧瓶内溶液中剩余的硝酸为13.5×0.1-n(Cu)×2+n(Ag)×1-0.07+0.042=1.17mol,所以硝酸的物质的量浓度为1.17mol/(0.1L)=11.7mol·L-1

故答案为:22.9%;11.7。

考查方向

通过考查实验室气体制备过程中的基本实验操作已经物质成分的测定,要求学生必须认真审题,通过联系所学过的知识和技能,灵活运用并进行知识的类比、迁移、重组,全面细致的思考,从而进一步考查考生的综合实验能力。

解题思路

装置C增重3.22 g,说明反应生成的N2O4质量为3.22 g,转移的电子为(3.22/92)×2=0.07mol,装置E中NO3-0.54 g,说明浓硝酸与铜、银还生成了NO,而且增加的质量根据反应关系4NO~O2可以知道反应生成了(0.54/38)mol NO,所以转移的电子为(0.54/38)×3=0.042mol,根据电子守恒可以得出如下关系:n(Cu)×2+n(Ag)×1=0.07+0.042。 再根据n(Cu)×64+n(Ag)×108=7,联立方程组求解得出铜银合金中铜的质量分数为22.9%,根据原子守恒,反应结束后实验后装置A烧瓶内溶液中剩余的硝酸为13.5×0.1-n(Cu)×2+n(Ag)×1-0.07+0.042=1.17mol,所以硝酸的物质的量浓度为1.17mol/(0.1L)=11.7mol·L-1

故答案为:22.9%;11.7。

易错点

不能全面、正确理解实验目的,对实验基本操作把握准确。

第4小题正确答案及相关解析

正确答案

反应中产生沉淀的质量

解析

根据反应Ag+FeCl3AgCl+FeCl2可知,足量FeCl3溶液的可以将合金中的银转变为AgCl和FeCl2,由于FeCl2为可溶性盐,所以反应后所得沉淀为AgCl,所以若知道了反应中产生沉淀的质量,就可以确定出合金中银的质量,进而求得合金中的含铜量,所以计算时所需的数据是铜银合金的质量和反应中产生沉淀的质量。故答案为:反应中产生沉淀的质量。

考查方向

通过考查实验室气体制备过程中的基本实验操作已经物质成分的测定,要求学生必须认真审题,通过联系所学过的知识和技能,灵活运用并进行知识的类比、迁移、重组,全面细致的思考,从而进一步考查考生的综合实验能力。

解题思路

根据反应Ag+FeCl3AgCl+FeCl2可知,足量FeCl3溶液的可以将合金中的银转变为AgCl和FeCl2,由于FeCl2为可溶性盐,所以反应后所得沉淀为AgCl,所以若知道了反应中产生沉淀的质量,就可以确定出合金中银的质量,进而求得合金中的含铜量,所以计算时所需的数据是铜银合金的质量和反应中产生沉淀的质量。故答案为:反应中产生沉淀的质量。

易错点

不能全面、正确理解实验目的,对实验基本操作把握准确。