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    如图(尚有部分仪器未画)，有一蒸馏烧瓶与注射器相连接，向蒸馏烧瓶中先加入0.384g铜片和18mL、2.5mol/L的稀硝酸溶液，立即用锡箔包住的橡胶塞封住烧瓶瓶口，实验装置内的空气在标准状况下为500mL(其中注射器内不少于其体积1/2，见图示)．

    (1)欲提高Cu与HNO3反应的速率可采用多种不同措施．

    ①若采用加化学试剂法，可加入的试剂为________；

    A．蒸馏水

    B．无水醋酸钠

    C．块状石墨

    ②若用升高温度法，请在上述示意图空缺处画出必需的仪器．

    (2)当烧瓶中的Cu和HNO3反应开始后，可观察到的现象有________．

    (3)待Cu与HNO3反应停止后，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，若忽略液体体积变化，最终溶液中NO3－的物质的量浓度与开始时相比是否有变化________(填“有变化”或“不变”)．

    (4)在上述反应过程中，曾经被还原的硝酸为________mol．

    答案：
    解析：

    　　解析：

    　　该题为典型的综合实验题，它取材于中学教学大纲中要求的铜与稀硝酸反应的演示实验和学生实验内容，通过一个比较新颖的装置图设问，考查学生综合运用化学反应速率和化学平衡知识解决实际问题的能力；观察、记录实验现象，分析、处理实验结果和数据，从而得出正确结论的能力；识别和绘制典型的实验仪器装置图的能力．题型有选择、填空和简答，灵活多变，思考容量大．分析、解答此题可运用联想、推理、迁移、重组等思维方法．

    　　分析：

    　　(1)欲通过加入化学试剂的方法提高Cu与HNO3反应速率，题干提出了三种措施：

    　　①若加入蒸馏水：则硝酸的浓度进一步降低．根据浓度对化学反应速率的影响可知，上述反应的速率将减小，不合题意．

    　　②若加入无水醋酸钠：则发生反应CH3COONa＋HNO3→NaNO3＋CH3COOH，而Cu与稀HNO3反应的实质为：3Cu＋8H+＋3Cu2+＋4H2O＋2NO↑，由于反应中有弱酸CH3COOH生成，CH3COOHCH3COO－＋H+，则溶液中[H+]降低，故Cu片与HNO3的反应速率减小，亦不合题意．

    　　③而加入块状石墨，可形成Cu－C原电池．此时Cu极(负极)：3Cu－6e3Cu2+，C极(正极)：8H+＋2NO3－＋6e－4H2O＋2NO↑，使Cu与HNO3反应的速率明显增大，所以本小题的正确答案为C．

    　　若用升高温度的方法，必须提供热源，在上图的空缺处，画出酒精灯；由于蒸馏烧瓶不能直接加热，须在图中的铁圈上画出石棉网．(图略)

    　　(2)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＋　　8HNO33Cu(NO3)2＋4H2O＋2NO↑

    　　3mol　　　8mol　　　　　　　　　　44800mL

    　　0.006mol　0.045mol　　　　　　　　　89.6mL

    　　因为0.006/3＜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．

    　　注：

    　　若采用加热的方法，还可能发生过量HNO3的分解4HNO34NO2↑＋O2↑＋2H2O)

    　　(3)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＋2H2O4HNO3，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．

    　　正确答案：

    　　(1)①C;②(图略)．

    　　(2)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．

    　　(3)不变．

    　　(4)0.004mol．


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