Question

如圖(尚有部分儀器未畫)，有一蒸餾燒瓶與注射器相連接，向蒸餾燒瓶中先加入0.384g銅片和18mL、2.5mol/L的稀硝酸溶液，立即用錫箔包住的橡膠塞封住燒瓶瓶口，實(shí)驗(yàn)裝置內(nèi)的空氣在標(biāo)準(zhǔn)狀況下為500mL(其中注射器內(nèi)不少于其體積1/2，見圖示)．

(1)欲提高Cu與HNO₃反應(yīng)的速率可采用多種不同措施．

①若采用加化學(xué)試劑法，可加入的試劑為________；

A．蒸餾水

B．無水醋酸鈉

C．塊狀石墨

②若用升高溫度法，請(qǐng)?jiān)谏鲜鍪疽鈭D空缺處畫出必需的儀器．

(2)當(dāng)燒瓶中的Cu和HNO₃反應(yīng)開始后，可觀察到的現(xiàn)象有________．

(3)待Cu與HNO₃反應(yīng)停止后，通過輕輕推拉注射器活塞，使裝置內(nèi)氣體與氣體、氣體與液體之間充分反應(yīng)，若忽略液體體積變化，最終溶液中NO₃^－的物質(zhì)的量濃度與開始時(shí)相比是否有變化________(填“有變化”或“不變”)．

(4)在上述反應(yīng)過程中，曾經(jīng)被還原的硝酸為________mol．

Answer 1

答案：
解析：

解析： 　　該題為典型的綜合實(shí)驗(yàn)題，它取材于中學(xué)教學(xué)大綱中要求的銅與稀硝酸反應(yīng)的演示實(shí)驗(yàn)和學(xué)生實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，通過一個(gè)比較新穎的裝置圖設(shè)問，考查學(xué)生綜合運(yùn)用化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡知識(shí)解決實(shí)際問題的能力；觀察、記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，分析、處理實(shí)驗(yàn)結(jié)果和數(shù)據(jù)，從而得出正確結(jié)論的能力；識(shí)別和繪制典型的實(shí)驗(yàn)儀器裝置圖的能力．題型有選擇、填空和簡答，靈活多變，思考容量大．分析、解答此題可運(yùn)用聯(lián)想、推理、遷移、重組等思維方法． 　　分析： 　　(1)欲通過加入化學(xué)試劑的方法提高Cu與HNO3反應(yīng)速率，題干提出了三種措施： 　�、偃艏尤胝麴s水：則硝酸的濃度進(jìn)一步降低．根據(jù)濃度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響可知，上述反應(yīng)的速率將減小，不合題意． 　�、谌艏尤霟o水醋酸鈉：則發(fā)生反應(yīng)CH3COONa＋HNO3→NaNO3＋CH3COOH，而Cu與稀HNO3反應(yīng)的實(shí)質(zhì)為：3Cu＋8H+＋3Cu2+＋4H2O＋2NO↑，由于反應(yīng)中有弱酸CH3COOH生成，CH3COOHCH3COO－＋H+，則溶液中[H+]降低，故Cu片與HNO3的反應(yīng)速率減小，亦不合題意． 　�、鄱�加入塊狀石墨，可形成Cu－C原電池．此時(shí)Cu極(負(fù)極)：3Cu－6e3Cu2+，C極(正極)：8H+＋2NO3－＋6e－4H2O＋2NO↑，使Cu與HNO3反應(yīng)的速率明顯增大，所以本小題的正確答案為C． 　　若用升高溫度的方法，必須提供熱源，在上圖的空缺處，畫出酒精燈；由于蒸餾燒瓶不能直接加熱，須在圖中的鐵圈上畫出石棉網(wǎng)．(圖略) 　　(2)參加反應(yīng)的Cu和HNO3的物質(zhì)的量分別為0.006mol和0.045mol，實(shí)驗(yàn)裝置內(nèi)的氧氣體積約占500×21％→105(mL)，若加上注射器內(nèi)所含的氧氣，其氧氣的總體積應(yīng)略大于105mL．當(dāng)燒瓶中的Cu和HNO3反應(yīng)開始后： 　　3Cu＋　　8HNO33Cu(NO3)2＋4H2O＋2NO↑ 　　3mol　　　8mol　　　　　　　　　　44800mL 　　0.006mol　0.045mol　　　　　　　　　89.6mL 　　因?yàn)?.006/3＜0.045/8，所以HNO3過量，Cu全部氧化而溶解，溶液變藍(lán)色(水合銅離子的顏色)．通過分析上述反應(yīng)可知：每當(dāng)3mol Cu被氧化，必同時(shí)有2mol HNO3被還原．所以，當(dāng)有0.006mol Cu被氧化，則被還原的HNO3的物質(zhì)的量應(yīng)為0.004mol，同時(shí)生成89.6mL無色氣體NO(標(biāo)況)．在上述反應(yīng)中，共消耗HNO3 0.016mol，還剩余HNO3 0.029mol． 　　由于裝置內(nèi)O2的存在，隨之發(fā)生反應(yīng)： 　　2NO＋　　O2　　2NO2 　　89.6mL　　44.8mL　89.6mL 　　所以，此時(shí)裝置內(nèi)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(nèi)壓強(qiáng)隨之增大，注射活塞慢慢外移． 　　注： 　　若采用加熱的方法，還可能發(fā)生過量HNO3的分解4HNO34NO2↑＋O2↑＋2H2O) 　　(3)待Cu與HNO3反應(yīng)停止后，此時(shí)裝置內(nèi)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(nèi)氣體與氣體、氣體與液體之間充分反應(yīng)，則又發(fā)生反應(yīng)：4NO2＋O2＋2H2O4HNO3，O2過量；NO2又全部轉(zhuǎn)化為HNO3．顯然，若忽略液體體積的變化，最終溶液中NO3－的物質(zhì)的量濃度與開始時(shí)的濃度相等． 　　正確答案： 　　(1)①C;②(圖略)． 　　(2)①溶液變藍(lán)；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． 　　(3)不變． 　　(4)0.004mol．