Question

13．為了證明銅與稀硝酸反應(yīng)產(chǎn)生的是NO，某校學(xué)生實驗小組設(shè)計了一個實驗，其裝置如圖所示（加熱裝置和固定裝置均已略去），B為一個用金屬絲固定的干燥管，內(nèi)裝塊狀碳酸鈣固體；E為一個空的蒸餾燒瓶；F是用于鼓入空氣的打氣球．
（1）實驗時，為在E燒瓶中收集到NO，以便觀察顏色，必須事先除去其中的空氣．其中第一步實驗操作為將B伸入A的溶液中．從裝置的設(shè)計看，確定E中空氣已被趕盡的實驗現(xiàn)象是C中澄清石灰水變渾濁．
（2）將A中銅絲放入稀硝酸中，給裝置A微微加熱，在裝置A中產(chǎn)生無色氣體，其反應(yīng)的離子方程式為3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O．有人認(rèn)為E中收集到的可能是H₂而不是NO，如何證明？將F氣球中空氣壓入E中，有紅棕色氣體生成．
（3）氮氧化物進(jìn)入大氣后，不僅會形成硝酸型酸雨，還可能形成光化學(xué)煙霧．因此裝置D的作用是吸收尾氣，防止空氣污染．
（4）用氫氧化鈉溶液可以吸收廢氣中的氮氧化物，反應(yīng)的化學(xué)方程式如下：NO₂+NO+2NaOH=2NaNO₂+H₂O，據(jù)此信息寫出NO₂與氫氧化鈉溶液反應(yīng)的離子方程式：2NO₂+2OH^-=NO₃^-+NO₂^-+H₂O．
（5）汽車尾氣中含有一氧化氮和一氧化碳，經(jīng)過排氣管中的催化轉(zhuǎn)化器轉(zhuǎn)化為對大氣無污染的物質(zhì)．寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式：2CO+2NO $\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$N₂+2CO₂．

Answer 1

分析 實驗時，可先將B裝置中CaCO₃放入硝酸中，碳酸鈣和硝酸反應(yīng)生成二氧化碳?xì)怏w，先排出去其中的空氣，以便在E燒瓶中收集到NO，以便觀察顏色，且在C中可觀察到渾濁，有碳酸鈣沉淀生成，A中硝酸和銅反應(yīng)生成NO，易于氧氣反應(yīng)，則將F氣球中空氣壓入E中，有紅棕色氣體生成，二氧化碳密度比空氣重，應(yīng)用向上排空氣法收集，裝置D中盛有氫氧化鈉溶液，可用與吸收二氧化氮氣體，氣球可用于吸收不反應(yīng)的NO，以防止污染空氣，以此解答該題．
（1）裝置中含有空氣，干擾NO的檢驗，用其它氣體排出空氣；碳酸鈣和硝酸反應(yīng)生成二氧化碳，二氧化碳能使澄清的石灰水變渾濁；
（2）Cu和稀硝酸反應(yīng)生成硝酸銅、NO和水；NO不穩(wěn)定，易被氧氣氧化生成紅棕色氣體二氧化氮，常溫下氫氣和氧氣不反應(yīng)；
（3）氮氧化物有毒，污染大氣，為防止污染大氣，可以用堿液吸收；
（4）該反應(yīng)中N元素化合價由+2價、+4價變?yōu)?3價，得電子化合價降低的反應(yīng)物是氧化劑、失電子化合價升高的反應(yīng)物是還原劑，推斷NO₂與氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成硝酸鈉、亞硝酸鈉和水；
（5）NO和CO在催化劑條件下反應(yīng)生成無毒的氮氣和二氧化碳．

解答 解：（1）裝置中含有空氣，空氣中氧氣能將NO氧化為紅棕色氣體二氧化氮而干擾NO的檢驗，所以用其它氣體排出空氣，碳酸鈣和硝酸反應(yīng)生成二氧化碳而排出空氣，從而排除空氣的干擾，實驗時，第一步實驗操作可先將B裝置中CaCO₃放入硝酸中，碳酸鈣和硝酸反應(yīng)生成二氧化碳?xì)怏w，先排出去其中的空氣，以便在E燒瓶中收集到NO，以便觀察顏色；碳酸鈣和硝酸反應(yīng)生成二氧化碳，二氧化碳能使澄清的石灰水變渾濁，如果C裝置變渾濁，就證明E中空氣被除盡，
故答案為：將B伸入A的溶液中；C中澄清石灰水變渾濁；
（2）稀硝酸具有強(qiáng)氧化性，能將Cu氧化為硝酸銅，自身被還原為NO，離子方程式為3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O，A中硝酸和銅反應(yīng)生成NO，易與氧氣反應(yīng)，則將F氣球中空氣壓入E中，有紅棕色氣體生成，如觀察到紅棕色，則說明生成NO而不是氫氣，
故答案為：3Cu+8H⁺+2NO₃^-═3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O；將F氣球中空氣壓入E中，有紅棕色氣體生成；
（3）氮氧化物有毒而污染大氣，且氮氧化物能和NaOH反應(yīng)生成無毒物質(zhì)，所以D的作用是吸收尾氣而防止空氣污染，
故答案為：吸收尾氣，防止空氣污染；
（4）NO₂+NO+2NaOH=2NaNO₂+H₂O，該反應(yīng)中N元素化合價由+2價、+4價變?yōu)?3價，所以氧化劑是NO₂，還原劑是NO，所以NO₂與氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成硝酸鈉、亞硝酸鈉和水，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2NO₂+2OH^-=NO₃^-+NO₂^-+H₂O
故答案為：2NO₂+2OH^-=NO₃^-+NO₂^-+H₂O；
（5）NO和CO在催化劑條件下反應(yīng)生成無毒的氮氣和二氧化碳，反應(yīng)方程式為2CO+2NO$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$N₂+2CO₂，
故答案為：2CO+2NO$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$N₂+2CO₂．

點評 本題以硝酸的性質(zhì)為載體綜合考查性質(zhì)實驗的設(shè)計，為高考常見題型，側(cè)重于學(xué)生的分析能力和實驗?zāi)芰Φ目疾椋�注意把握相關(guān)物質(zhì)的性質(zhì)，明確實驗?zāi)康暮驮�理是解答該題的關(guān)鍵，注意相關(guān)實驗操作方法的注意事項，難度中等．