Question

12．亞硝酸鈉（NaNO₂）是一種工業(yè)鹽，實驗室可用如下裝置（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實驗結束后，將B瓶中的溶液經蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾可得CuSO₄•5H₂O．
（1）裝置A中發(fā)生反應的化學方程式為C+4HNO₃（濃） $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+4NO₂↑+2H₂O．
（2）反應前檢驗裝置氣密性的操作為關閉活塞，用手捂住燒瓶底部，觀察B中長導管液面是否下降，加熱裝置A前，先通一段時間N₂，目的是排除裝置內的空氣．
（3）充分反應后，檢驗裝置D中產物的方法是：取產物少許置于試管中，加入稀硫酸（或稀鹽酸），試管內有氣泡產生且在試管上方產生紅棕色氣體，則產物是NaNO₂（注明試劑、現(xiàn)象）．
（4）為測定產物中亞硝酸鈉的含量，稱取4.000g產物樣品溶于水配成250mL溶液，取25.00mL溶液于錐形瓶中，用0.1000mol•L^-1酸性KMnO₄溶液進行滴定，實驗所得數(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

第一組實驗數(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準液潤洗
C．振蕩時有液體濺出來    D．錐形瓶用蒸餾水洗凈后再用待測液潤洗
（5）根據(jù)表中數(shù)據(jù)，計算出產物中亞硝酸鈉的質量分數(shù)86.25%．
（6）設計合理實驗比較0.1mol•L^-1NaNO₂溶液中NO${\;}_{2}^{-}$的水解程度和0.1mol•L^-1HNO₂溶液中HNO₂的電離程度相對大�。�（簡要說明實驗步驟、現(xiàn)象和結論，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計分別測定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驗裝置可知，先通入氮氣，將裝置中的空氣排出，碳與濃硝酸反應生成二氧化氮、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中的水蒸氣進入D中與過氧化鈉反應，F(xiàn)為尾氣處理3MnO₄^-+5NO+4H⁺=5NO₃^-+3Mn²⁺+2H₂O，實驗結束后，將B瓶中的溶液經蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾可得CuSO₄•5H₂O，
（1）裝置A中發(fā)生反應是濃硝酸和碳加熱反應生成二氧化碳、二氧化氮和水；
（2）裝置氣密性檢驗的原理是：通過氣體發(fā)生器與附設的液體構成封閉體系，依據(jù)改變體系內壓強時產生的現(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；
（3）充分反應后，檢驗裝置D中產物的方法是利用3NaNO₂+3HCl=3NaCl+HNO₃+2NO↑+H₂O，反應生成的一氧化氮遇到空氣會生成紅棕色氣體二氧化氮檢驗；
（4）第一組實驗數(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液的溶質的物質的量；
B．酸式滴定管用蒸餾水洗凈后未用標準液潤洗，導致標準液被稀釋，標準液濃度減小；
C．攪拌或轉移溶液時有液體濺出，會導致錐形瓶中溶質的損失；
D．錐形瓶用蒸餾水洗凈后再用待測液潤洗，待測液的物質的量偏大；
（5）第一組數(shù)據(jù)舍棄，計算出其它3組消耗標準液的平均體積，再結合反應方程式計算出樣品中亞硝酸鈉的質量及質量分數(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）硝酸具有強氧化性，氧化碳為二氧化碳，自身被還原為二氧化氮，反應方程式為：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，壓強變大，導致放入水中的導管口有氣泡冒出（導管應先放入水中），移開熱源后，由于裝置中的氣體遇冷收縮、壓強變小，又會在導管里形成一段水柱，所以組裝好儀器，檢查裝置氣密性的操作是關閉活塞，用手捂住燒瓶底部，觀察B中長導管液面是否下降，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生成，過氧化鈉和二氧化碳、水蒸氣發(fā)生反應，所以制備的一氧化氮氣體必須純凈干燥，裝置中無空氣存在，加熱裝置A前，先通一段時間N₂，目的是排出裝置中的空氣，
故答案為：關閉活塞，用手捂住燒瓶底部，觀察B中長導管液面是否下降；排除裝置內的空氣；
（3）3NaNO₂+3HCl=3NaCl+HNO₃+2NO↑+H₂O，反應生成的一氧化氮遇到空氣會生成紅棕色氣體二氧化氮，充分反應后，檢驗裝置D中產物的方法是：取產物少許置于試管中加入稀硫酸溶液中有氣泡產生且在試管口上方出現(xiàn)紅棕色氣體，證明產物是NaNO₂，
故答案為：加入稀硫酸（或稀鹽酸），試管內有氣泡產生且在試管上方產生紅棕色氣體；
（4）第一組實驗數(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液的溶質的物質的量，無需干燥，故A不選；
B．酸式滴定管用蒸餾水洗凈后未用標準液潤洗，導致標準液被稀釋，滴定過程中消耗的標準液體積會偏大，故B選；
C．振蕩時有液體濺出來，濺出的液體中含有待測的亞硝酸鈉，消耗的標準液體積會偏小，故C不選；
D．錐形瓶用蒸餾水洗凈后再用待測液潤洗，導致待測液物質的量偏多，滴定過程中消耗的標準液體積會偏大，故D選；
故答案為：BD；
（5）由于第一組數(shù)據(jù)偏高，應該舍棄；其它三組消耗標準液平均體積為：$\frac{20.02+20.00+19.98}{3}$mL=20.00mL，
25mL樣品消耗高錳酸鉀的物質的量為0.1000mol/L×0.02L=0.002mol，則250mL樣品溶液會消耗高錳酸鉀的物質的量為0.002mol×$\frac{250mL}{25mL}$=0.02mol，根據(jù)化合價變化可得反應關系式：2MnO₄^-～5NO₂^-，則4.000g樣品中含有亞硝酸鈉的物質的量為0.02mol×$\frac{5}{2}$=0.05mol，質量為69g/mol×0.05mol=3.45g，所以反應后的固體中亞硝酸鈉的質量分數(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的電離程度相對大小，實驗設計為：方法①：配制濃度均為0.1 mol•L^-1NaNO₂和HNO₂的混合液，測溶液的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計分別測定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計分別測定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．

點評 本題考查了探究物質組成、測量物質含量的方法，題目難度中等，涉及性質實驗方案的設計、中和滴定操作及誤差分析、氧化還原反應中電子轉移的分析、化學計算等知識，明確實驗原理及化學實驗基本操作方法為解答關鍵，試題培養(yǎng)了學生的分析、理解能力及化學實驗、化學計算能力．