Question

12．亞硝酸鈉（NaNO₂）是一種工業(yè)鹽，實(shí)驗(yàn)室可用如下裝置（略去部分夾持儀器）制備．

已知：①2NO+Na₂O₂→2NaNO₂
②3NaNO₂+3HCl→3NaCl+HNO₃+2NO↑+H₂O
③5NO${\;}_{2}^{-}$+2MnO${\;}_{4}^{-}$+6H⁺→NO${\;}_{3}^{-}$+2Mn²⁺+3H₂O
④NO和Na₂O₂都能使酸性高錳酸鉀溶液褪色．
⑤實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，將B瓶中的溶液經(jīng)蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾可得CuSO₄•5H₂O．
（1）裝置A中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為C+4HNO₃（濃） $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+4NO₂↑+2H₂O．
（2）反應(yīng)前檢驗(yàn)裝置氣密性的操作為關(guān)閉活塞，用手捂住燒瓶底部，觀察B中長(zhǎng)導(dǎo)管液面是否下降，加熱裝置A前，先通一段時(shí)間N₂，目的是排除裝置內(nèi)的空氣．
（3）充分反應(yīng)后，檢驗(yàn)裝置D中產(chǎn)物的方法是：取產(chǎn)物少許置于試管中，加入稀硫酸（或稀鹽酸），試管內(nèi)有氣泡產(chǎn)生且在試管上方產(chǎn)生紅棕色氣體，則產(chǎn)物是NaNO₂（注明試劑、現(xiàn)象）．
（4）為測(cè)定產(chǎn)物中亞硝酸鈉的含量，稱取4.000g產(chǎn)物樣品溶于水配成250mL溶液，取25.00mL溶液于錐形瓶中，用0.1000mol•L^-1酸性KMnO₄溶液進(jìn)行滴定，實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)如下表所示：

滴定次數(shù)	1	2	3	4
KMnO4溶液體積/mL	20.60	20.02	20.00	19.98

第一組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常，造成這種異常的原因可能是BD（填字母），
A．錐形瓶洗凈后未干燥    B．滴定管用蒸餾水洗凈后未用標(biāo)準(zhǔn)液潤(rùn)洗
C．振蕩時(shí)有液體濺出來    D．錐形瓶用蒸餾水洗凈后再用待測(cè)液潤(rùn)洗
（5）根據(jù)表中數(shù)據(jù)，計(jì)算出產(chǎn)物中亞硝酸鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)86.25%．
（6）設(shè)計(jì)合理實(shí)驗(yàn)比較0.1mol•L^-1NaNO₂溶液中NO${\;}_{2}^{-}$的水解程度和0.1mol•L^-1HNO₂溶液中HNO₂的電離程度相對(duì)大小．（簡(jiǎn)要說明實(shí)驗(yàn)步驟、現(xiàn)象和結(jié)論，儀器和藥品自選）方法①：配制濃度均為0.1 mol•L^-1NaNO₂和HNO₂的混合液，測(cè)溶液的pH，若pH大于7，則NO₂^-的水解程度大于HNO₂的電離程度，若pH＜7，則NO₂^-的水解程度小于HNO₂的電離程度．方法②：用pH試紙或pH計(jì)分別測(cè)定0.1 mol•L^-1NaNO₂溶液和0.1 mol•L^-1HNO₂溶液的pH，若HNO₂溶液中氫離子濃度大于NaNO₂溶液中的氫氧根濃度，則NO₂^-的水解程度小于HNO₂的電離程度，反之，NO₂^-的水解程度大于HNO₂的電離程度．

Answer 1

分析 由制備亞硝酸鈉的實(shí)驗(yàn)裝置可知，先通入氮?dú)�，將裝置中的空氣排出，碳與濃硝酸反應(yīng)生成二氧化氮、二氧化碳，B中可除去二氧化氮，C為球形干燥管，干燥NO氣體，D中發(fā)生2NO+Na₂O₂=2NaNO₂，E為球形干燥管，防止F中的水蒸氣進(jìn)入D中與過氧化鈉反應(yīng)，F(xiàn)為尾氣處理3MnO₄^-+5NO+4H⁺=5NO₃^-+3Mn²⁺+2H₂O，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，將B瓶中的溶液經(jīng)蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾可得CuSO₄•5H₂O，
（1）裝置A中發(fā)生反應(yīng)是濃硝酸和碳加熱反應(yīng)生成二氧化碳、二氧化氮和水；
（2）裝置氣密性檢驗(yàn)的原理是：通過氣體發(fā)生器與附設(shè)的液體構(gòu)成封閉體系，依據(jù)改變體系內(nèi)壓強(qiáng)時(shí)產(chǎn)生的現(xiàn)象（如氣泡的生成、水柱的形成、液面的升降等）來判斷裝置氣密性的好壞；加熱裝置A前，先通一段時(shí)間N₂，目的是排出裝置中的空氣，防止干擾NO和過氧化鈉的反應(yīng)；
（3）充分反應(yīng)后，檢驗(yàn)裝置D中產(chǎn)物的方法是利用3NaNO₂+3HCl=3NaCl+HNO₃+2NO↑+H₂O，反應(yīng)生成的一氧化氮遇到空氣會(huì)生成紅棕色氣體二氧化氮檢驗(yàn)；
（4）第一組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)消耗的酸性高錳酸鉀溶液體積偏大，
A．錐形瓶是否干燥不影響待測(cè)液的溶質(zhì)的物質(zhì)的量；
B．酸式滴定管用蒸餾水洗凈后未用標(biāo)準(zhǔn)液潤(rùn)洗，導(dǎo)致標(biāo)準(zhǔn)液被稀釋，標(biāo)準(zhǔn)液濃度減��；
C．?dāng)嚢杌蜣D(zhuǎn)移溶液時(shí)有液體濺出，會(huì)導(dǎo)致錐形瓶中溶質(zhì)的損失；
D．錐形瓶用蒸餾水洗凈后再用待測(cè)液潤(rùn)洗，待測(cè)液的物質(zhì)的量偏大；
（5）第一組數(shù)據(jù)舍棄，計(jì)算出其它3組消耗標(biāo)準(zhǔn)液的平均體積，再結(jié)合反應(yīng)方程式計(jì)算出樣品中亞硝酸鈉的質(zhì)量及質(zhì)量分?jǐn)?shù)；
（6）在相同溫度下把等濃度的亞硝酸鈉和亞硝酸等體積混合，測(cè)定溶液PH，若PH大于7說明水解程度大，若pH小于7說明電離程度大．

解答 解：（1）硝酸具有強(qiáng)氧化性，氧化碳為二氧化碳，自身被還原為二氧化氮，反應(yīng)方程式為：C+4HNO₃（濃） $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+4NO₂↑+2H₂O，
故答案為：C+4HNO₃（濃） $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+4NO₂↑+2H₂O；
（2）裝置氣密性的檢查一般常用加熱法，依據(jù)的原理是：通過加熱（用酒精燈或熱毛巾或體溫）密閉容器，使其中的氣體受熱膨脹，壓強(qiáng)變大，導(dǎo)致放入水中的導(dǎo)管口有氣泡冒出（導(dǎo)管應(yīng)先放入水中），移開熱源后，由于裝置中的氣體遇冷收縮、壓強(qiáng)變小，又會(huì)在導(dǎo)管里形成一段水柱，所以組裝好儀器，檢查裝置氣密性的操作是關(guān)閉活塞，用手捂住燒瓶底部，觀察B中長(zhǎng)導(dǎo)管液面是否下降，分析裝置圖可知制備亞硝酸鈉需要一氧化氮和過氧化鈉反應(yīng)生成，過氧化鈉和二氧化碳、水蒸氣發(fā)生反應(yīng)，所以制備的一氧化氮?dú)怏w必須純凈干燥，裝置中無空氣存在，加熱裝置A前，先通一段時(shí)間N₂，目的是排出裝置中的空氣，
故答案為：關(guān)閉活塞，用手捂住燒瓶底部，觀察B中長(zhǎng)導(dǎo)管液面是否下降；排除裝置內(nèi)的空氣；
（3）3NaNO₂+3HCl=3NaCl+HNO₃+2NO↑+H₂O，反應(yīng)生成的一氧化氮遇到空氣會(huì)生成紅棕色氣體二氧化氮，充分反應(yīng)后，檢驗(yàn)裝置D中產(chǎn)物的方法是：取產(chǎn)物少許置于試管中加入稀硫酸溶液中有氣泡產(chǎn)生且在試管口上方出現(xiàn)紅棕色氣體，證明產(chǎn)物是NaNO₂，
故答案為：加入稀硫酸（或稀鹽酸），試管內(nèi)有氣泡產(chǎn)生且在試管上方產(chǎn)生紅棕色氣體；
（4）第一組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)消耗的酸性高錳酸鉀溶液體積偏大，
A．錐形瓶是否干燥不影響待測(cè)液的溶質(zhì)的物質(zhì)的量，無需干燥，故A不選；
B．酸式滴定管用蒸餾水洗凈后未用標(biāo)準(zhǔn)液潤(rùn)洗，導(dǎo)致標(biāo)準(zhǔn)液被稀釋，滴定過程中消耗的標(biāo)準(zhǔn)液體積會(huì)偏大，故B選；
C．振蕩時(shí)有液體濺出來，濺出的液體中含有待測(cè)的亞硝酸鈉，消耗的標(biāo)準(zhǔn)液體積會(huì)偏小，故C不選；
D．錐形瓶用蒸餾水洗凈后再用待測(cè)液潤(rùn)洗，導(dǎo)致待測(cè)液物質(zhì)的量偏多，滴定過程中消耗的標(biāo)準(zhǔn)液體積會(huì)偏大，故D選；
故答案為：BD；
（5）由于第一組數(shù)據(jù)偏高，應(yīng)該舍棄；其它三組消耗標(biāo)準(zhǔn)液平均體積為：$\frac{20.02+20.00+19.98}{3}$mL=20.00mL，
25mL樣品消耗高錳酸鉀的物質(zhì)的量為0.1000mol/L×0.02L=0.002mol，則250mL樣品溶液會(huì)消耗高錳酸鉀的物質(zhì)的量為0.002mol×$\frac{250mL}{25mL}$=0.02mol，根據(jù)化合價(jià)變化可得反應(yīng)關(guān)系式：2MnO₄^-～5NO₂^-，則4.000g樣品中含有亞硝酸鈉的物質(zhì)的量為0.02mol×$\frac{5}{2}$=0.05mol，質(zhì)量為69g/mol×0.05mol=3.45g，所以反應(yīng)后的固體中亞硝酸鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：$\frac{3.45g}{4.000g}$×100%=86.25%，
故答案為：86.25%；
（6）依據(jù)HNO₂溶液中存在電離平衡，NO₂^-存在水解平衡，比較0.1mol•L^-1NaNO₂溶液中NO₂^-的水解程度和0.1mol•L^-1HNO₂溶液中HNO₂的電離程度相對(duì)大小，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)為：方法①：配制濃度均為0.1 mol•L^-1NaNO₂和HNO₂的混合液，測(cè)溶液的pH，若pH大于7，則NO₂^-的水解程度大于HNO₂的電離程度，若pH＜7，則NO₂^-的水解程度小于HNO₂的電離程度．方法②：用pH試紙或pH計(jì)分別測(cè)定0.1 mol•L^-1NaNO₂溶液和0.1 mol•L^-1HNO₂溶液的pH，若HNO₂溶液中氫離子濃度大于NaNO₂溶液中的氫氧根濃度，則NO₂^-的水解程度小于HNO₂的電離程度，反之，NO₂^-的水解程度大于HNO₂的電離程度，
故答案為：方法①：配制濃度均為0.1 mol•L^-1NaNO₂和HNO₂的混合液，測(cè)溶液的pH，若pH大于7，則NO₂^-的水解程度大于HNO₂的電離程度，若pH＜7，則NO₂^-的水解程度小于HNO₂的電離程度．方法②：用pH試紙或pH計(jì)分別測(cè)定0.1 mol•L^-1NaNO₂溶液和0.1 mol•L^-1HNO₂溶液的pH，若HNO₂溶液中氫離子濃度大于NaNO₂溶液中的氫氧根濃度，則NO₂^-的水解程度小于HNO₂的電離程度，反之，NO₂^-的水解程度大于HNO₂的電離程度．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了探究物質(zhì)組成、測(cè)量物質(zhì)含量的方法，題目難度中等，涉及性質(zhì)實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)、中和滴定操作及誤差分析、氧化還原反應(yīng)中電子轉(zhuǎn)移的分析、化學(xué)計(jì)算等知識(shí)，明確實(shí)驗(yàn)原理及化學(xué)實(shí)驗(yàn)基本操作方法為解答關(guān)鍵，試題培養(yǎng)了學(xué)生的分析、理解能力及化學(xué)實(shí)驗(yàn)、化學(xué)計(jì)算能力．