Question

5．如图所示（图中部分仪器未画出）有一容积为300mL的注射器，与蒸馏烧瓶（500mL）相连接，烧瓶中有0.384g Cu片，现向烧瓶中加入18mL 2.5mol•L^-1的稀HNO₃溶液，并立即用锡箔包住橡皮塞封住瓶口．（气体体积视为标准状况下的）试回答：
（1）欲提高铜与稀HNO₃的反应速率，可采取多种不同的措施．若采用加入化学试剂的方法，可加入C（填字母代号）．
A．水     B．碳酸钠   C．少量的浓HNO₃若添加仪器，图中还缺少一种仪器的名称是酒精灯．
（2）橡皮塞用锡箔包住的原因是浓硝酸具有强的氧化性能够使橡胶老化．
（3）反应开始时，烧瓶中可观察到的主要现象有①溶液变蓝；②生成无色气体，随之变成红棕色气体；③注射器活塞慢慢外移．
（4）停止反应后，轻轻反复推拉注射器活塞，使气体与气体，气体与液体皆充分反应．若忽略液体体积的变化，最终溶液中c（NO₃^-）与开始时相比C（填字母代号）．
A．变小B．变大C．不变             D．无法确定．

Answer 1

分析 （1）依据提高反应速率方法：增大反应物浓度、升高温度、增大基础面积等；
（2）浓硝酸具有强的氧化性，能够使橡胶老化；
（3）铜与稀硝酸发生反应：3Cu+8HNO₃=3Cu（NO₃）₂+4H₂O+2NO↑，一氧化氮与氧气反应生成二氧化氮，二氧化氮物红棕色，依据装置内气体多少判断注射器活塞移动情况；
（4）待Cu与HNO₃反应停止后，此时装置内NO₂的体积为89．6mL，过量氧气略大于60．2mL．若再通过轻轻推拉注射器活塞，使装置内气体与气体、气体与液体之间充分反应，则又发生反应：4NO₂+O₂+2H₂O=4HNO₃，O₂过量；NO₂又全部转化为HNO₃．显然，若忽略液体体积的变化，最终溶液中NO₃^-的物质的量浓度与开始时的浓度相等．

解答 解：（1）A．加入水硝酸的浓度进一步降低，反应速率降低，故不选；
 B．碳酸钠能够与硝酸反应消耗硝酸，反应速率降低，故不选；
C．加入少量的浓HNO₃，增大硝酸浓度，反应速率加快，故选；
若用升高温度的方法，必须提供热源，使用酒精灯；
故答案为：C；酒精灯；
（2）硝酸具有强的氧化性，能够使橡胶老化，为防止橡胶老化，橡皮塞用锡箔包住；
故答案为：硝酸具有强的氧化性，能够使橡胶老化；
（3）参加反应的Cu和HNO₃的物质的量分别为0．006mol和0．045mol，实验装置内的氧气体积约占500×21%→105（mL），若加上注射器内所含的氧气，其氧气的总体积应略大于105mL．当烧瓶中的Cu和HNO₃反应开始后：
   3Cu+8HNO₃=3Cu（NO₃）₂+4H₂O+2NO↑
    3mol　8mol　　　　　　　　　　44800mL
0．006mol　0．045mol　　　　　　　　　89．6mL
　　因为0．006/$\frac{0.006}{3}$＜$\frac{0.045}{8}$，所以HNO₃过量，Cu全部氧化而溶解，溶液变蓝色（水合铜离子的颜色）．通过分析上述反应可知：每当3mol Cu被氧化，必同时有2mol HNO₃被还原．所以，当有0．006mol Cu被氧化，则被还原的HNO₃的物质的量应为0．004mol，同时生成89．6mL无色气体NO（标况）．在上述反应中，共消耗HNO₃ 0．016mol，还剩余HNO₃ 0．029mol．
由于装置内O₂的存在，随之发生反应：
　　2NO+O₂ =2NO₂
　　89．6mL　　44．8mL　89．6mL
所以，此时装置内气体的体积增加89．6-44．8=44．8（mL），由于气体的体积增大，装置内压强随之增大，注射活塞慢慢外移；
故答案为：①溶液变蓝；②生成无色气体，随之变成红棕色气体；③注射器活塞慢慢外移；
（4）待Cu与HNO₃反应停止后，此时装置内NO₂的体积为89．6mL，过量氧气略大于60．2mL．若再通过轻轻推拉注射器活塞，使装置内气体与气体、气体与液体之间充分反应，则又发生反应：4NO₂+O₂+2H₂O=4HNO₃，O₂过量；NO₂又全部转化为HNO₃．显然，若忽略液体体积的变化，最终溶液中NO₃^-的物质的量浓度与开始时的浓度相等；
故答案为：C．

点评 本题考查了硝酸的性质及影响反应速率因素，熟悉硝酸的强的氧化性是解题关键，题目难度中等．