Question

5．如圖所示（圖中部分儀器未畫出）有一容積為300mL的注射器，與蒸餾燒瓶（500mL）相連接，燒瓶中有0.384g Cu片，現向燒瓶中加入18mL 2.5mol•L^-1的稀HNO₃溶液，并立即用錫箔包住橡皮塞封住瓶口．（氣體體積視為標準狀況下的）試回答：
（1）欲提高銅與稀HNO₃的反應速率，可采取多種不同的措施．若采用加入化學試劑的方法，可加入C（填字母代號）．
A．水     B．碳酸鈉   C．少量的濃HNO₃若添加儀器，圖中還缺少一種儀器的名稱是酒精燈．
（2）橡皮塞用錫箔包住的原因是濃硝酸具有強的氧化性能夠使橡膠老化．
（3）反應開始時，燒瓶中可觀察到的主要現象有①溶液變藍；②生成無色氣體，隨之變成紅棕色氣體；③注射器活塞慢慢外移．
（4）停止反應后，輕輕反復推拉注射器活塞，使氣體與氣體，氣體與液體皆充分反應．若忽略液體體積的變化，最終溶液中c（NO₃^-）與開始時相比C（填字母代號）．
A．變小B．變大C．不變             D．無法確定．

Answer 1

分析 （1）依據提高反應速率方法：增大反應物濃度、升高溫度、增大基礎面積等；
（2）濃硝酸具有強的氧化性，能夠使橡膠老化；
（3）銅與稀硝酸發生反應：3Cu+8HNO₃=3Cu（NO₃）₂+4H₂O+2NO↑，一氧化氮與氧氣反應生成二氧化氮，二氧化氮物紅棕色，依據裝置內氣體多少判斷注射器活塞移動情況；
（4）待Cu與HNO₃反應停止后，此時裝置內NO₂的體積為89．6mL，過量氧氣略大于60．2mL．若再通過輕輕推拉注射器活塞，使裝置內氣體與氣體、氣體與液體之間充分反應，則又發生反應：4NO₂+O₂+2H₂O=4HNO₃，O₂過量；NO₂又全部轉化為HNO₃．顯然，若忽略液體體積的變化，最終溶液中NO₃^-的物質的量濃度與開始時的濃度相等．

解答 解：（1）A．加入水硝酸的濃度進一步降低，反應速率降低，故不選；
 B．碳酸鈉能夠與硝酸反應消耗硝酸，反應速率降低，故不選；
C．加入少量的濃HNO₃，增大硝酸濃度，反應速率加快，故選；
若用升高溫度的方法，必須提供熱源，使用酒精燈；
故答案為：C；酒精燈；
（2）硝酸具有強的氧化性，能夠使橡膠老化，為防止橡膠老化，橡皮塞用錫箔包住；
故答案為：硝酸具有強的氧化性，能夠使橡膠老化；
（3）參加反應的Cu和HNO₃的物質的量分別為0．006mol和0．045mol，實驗裝置內的氧氣體積約占500×21%→105（mL），若加上注射器內所含的氧氣，其氧氣的總體積應略大于105mL．當燒瓶中的Cu和HNO₃反應開始后：
   3Cu+8HNO₃=3Cu（NO₃）₂+4H₂O+2NO↑
    3mol　8mol　　　　　　　　　　44800mL
0．006mol　0．045mol　　　　　　　　　89．6mL
　　因為0．006/$\frac{0.006}{3}$＜$\frac{0.045}{8}$，所以HNO₃過量，Cu全部氧化而溶解，溶液變藍色（水合銅離子的顏色）．通過分析上述反應可知：每當3mol Cu被氧化，必同時有2mol HNO₃被還原．所以，當有0．006mol Cu被氧化，則被還原的HNO₃的物質的量應為0．004mol，同時生成89．6mL無色氣體NO（標況）．在上述反應中，共消耗HNO₃ 0．016mol，還剩余HNO₃ 0．029mol．
由于裝置內O₂的存在，隨之發生反應：
　　2NO+O₂ =2NO₂
　　89．6mL　　44．8mL　89．6mL
所以，此時裝置內氣體的體積增加89．6-44．8=44．8（mL），由于氣體的體積增大，裝置內壓強隨之增大，注射活塞慢慢外移；
故答案為：①溶液變藍；②生成無色氣體，隨之變成紅棕色氣體；③注射器活塞慢慢外移；
（4）待Cu與HNO₃反應停止后，此時裝置內NO₂的體積為89．6mL，過量氧氣略大于60．2mL．若再通過輕輕推拉注射器活塞，使裝置內氣體與氣體、氣體與液體之間充分反應，則又發生反應：4NO₂+O₂+2H₂O=4HNO₃，O₂過量；NO₂又全部轉化為HNO₃．顯然，若忽略液體體積的變化，最終溶液中NO₃^-的物質的量濃度與開始時的濃度相等；
故答案為：C．

點評 本題考查了硝酸的性質及影響反應速率因素，熟悉硝酸的強的氧化性是解題關鍵，題目難度中等．