Question

如下圖所示裝置中：

a是盛有標準狀況下的空氣（氧氣占1／5）和10mL 1.2mol/L硝酸的250 mL燒瓶；b是未充氣（實驗開始前內部沒有氣體）放有0.384g銅粉的氣球；c是夾緊了的彈簧夾；d中盛有足量的過氧化鈉；e是充有二氧化碳的針筒。整套裝置已經過氣密性檢查合格。

（1）將氣球中的銅粉小心倒入燒杯中，充分反應后發現銅粉有余（設產生的氣體不溶解于溶液中），則可觀察到的現象是                  。

（2）欲提高銅與硝酸反應的速率可采用多種不同的措施。

①若用加入化學試劑法，下列試劑中可以選用的是            

A．蒸餾水               B. 無水醋酸鈉

C．石墨                 D. 少量硝酸銀溶液

②若用升溫法，請在圖中畫出完整的示意圖。

③將燒瓶不斷振蕩發現氣球逐漸縮小，反應的化學方程式是        ，

此時氣球是全在燒瓶外還是一部分進入燒瓶？

④打開彈簧夾，將二氧化碳反推入干燥管內繼續振蕩，使氣體與氣體、溶液充分接觸，欲使所有的銅粉全溶解，至少需要推入二氧化碳     mL.

⑤將上述全過程用一個總的化學方程式表示：                  。

Answer 1

（1）溶液變藍色，燒瓶內氣體由無色繼而變成紅色，氣球脹大

     （2）① C 、D  ② 圖略（在燒瓶下畫一酒精燈）

       ③ 4NO₂＋O₂＋2H₂O＝4HNO₃ 或4NO＋3O₂＋2H₂O＝4HNO₃  有一部分被吸入燒瓶  ④ 38.4  ⑤ 2Cu＋4HNO₃＋O₂＝2 Cu（NO₃）₂＋2H₂O

解析:

解答本題需利用學生熟悉的Na₂O₂與CO₂、Cu與HNO₃、NO與O₂等化學反應及原電池的原理等。其中的④、⑤等兩問，具有開放性，但靠課本知識是不能解答完全的，必須將原有知識整合、遷移才能解答。（1）較簡單，（2）、①利用原電池的原理，不難看出C、D可構成原電池，Cu作負極，加快了反應速率。③結合4NO₂＋O₂＋2H₂O＝4HNO₃ 或4NO＋3O₂＋2H₂O＝4HNO₃ 可計算出燒瓶中氣體較原來變少，所以氣球有一部分被吸入燒瓶。④的解答則需要整體思維，0.006molCu 與0.012mol HNO₃恰好可形成0.006molCu（NO₃）₂，所以可將反應歷程看作：Cu與O₂反應生成CuO后再于HNO₃發生復分解反應。由于燒瓶中的氧氣（48ml, 0.006molCu需耗氧67.2ml）不足，所以應推入二氧化碳與過氧化鈉反應產生氧氣來補充。從而求出需推入的CO₂的量。