Question

17．亞硝酸鈉（NaNO₂）是重要的防腐劑．某化學(xué)興趣小組嘗試制備亞硝酸鈉，查閱資料：①HNO₂為弱酸，在酸性溶液中，NO₂^-可將MnO₄^-還原為Mn²⁺且無(wú)氣體生成．
②NO不與堿反應(yīng)，可被酸性KMnO₄溶液氧化為硝酸
探究一  亞硝酸鈉固體的制備
以碳和濃硝酸為起始原料，設(shè)計(jì)如圖1裝置利用一氧化氮與過(guò)氧化鈉反應(yīng)制備亞硝酸鈉．（反應(yīng)方程式為2NO+Na₂O₂═2NaNO₂，部分夾持裝置和A中加熱裝置已略）

（1）寫(xiě)出裝置A燒瓶中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式C+4HNO₃（濃）$\frac{\underline{\;加熱\;}}{\;}$CO₂↑+4NO₂↑+2H₂O．
（2）有同學(xué)認(rèn)為裝置C中產(chǎn)物不僅有亞硝酸鈉，還有碳酸鈉和氫氧化鈉，為排除干擾應(yīng)在B、C裝置間增加裝置E，E中盛放的試劑應(yīng)是B（填字母）．
A．濃H₂SO₄   B．堿石灰  C．無(wú)水CaCl₂
探究二  亞硝酸鈉固體含量的測(cè)定及性質(zhì)驗(yàn)證
稱(chēng)取裝置C中反應(yīng)后的固體4.000g溶于水配成250mL溶液，取25.00mL溶液于錐形瓶中，用0.1000
mol/L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

（3）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A、C（填字母）．
A．酸式滴定管用蒸餾水洗凈后未用標(biāo)準(zhǔn)液潤(rùn)洗
B．錐形瓶洗凈后未干燥
C．滴定終了仰視讀數(shù)
（4）根據(jù)表中數(shù)據(jù)，計(jì)算所得固體中亞硝酸鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)86.25%．
（5）亞硝酸鈉易溶于水，將0.2mol•L^-1的亞硝酸鈉溶液和0.1mol•L^-1的鹽酸等體積混合，混合后溶液呈酸性，則混合后溶液中離子濃度由大到小的順序?yàn)閏（Na⁺）＞c（NO₂^-）＞c（Cl^-）＞c（H⁺）＞c（OH^-）．
探究三   反應(yīng)廢液的處理
反應(yīng)后燒瓶A中仍然存在一定量的硝酸，不能直接排放，用NaOH溶液調(diào)成中性，再用電化學(xué)降解法進(jìn)行處理．25℃時(shí)，反應(yīng)進(jìn)行10min，溶液的pH由7變?yōu)?2．電化學(xué)降解NO₃^-的原理如圖2所示．
（6）電源正極為A（填A(yù)或B），陰極反應(yīng)式為2NO₃^-+6H₂O+10e^-=N₂↑+12OH^-．

Answer 1

分析 （1）裝置A燒瓶中，碳和濃硝酸反應(yīng)生成二氧化碳、二氧化氮和水，方程式為C+4HNO₃（濃）$\frac{\underline{\;加熱\;}}{\;}$CO₂↑+4NO₂↑+2H₂O；
（2）有同學(xué)認(rèn)為裝置c中產(chǎn)物不僅有亞硝酸鈉，還有碳酸鈉和氫氧化鈉，那么NO中混有CO₂、NO₂，可以在B、C之間增加裝有堿石灰或生石灰的裝置E，以吸收雜質(zhì)CO₂、NO₂；
（3）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．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?zhuān)瑯?biāo)準(zhǔn)液濃度減��；
B．達(dá)到過(guò)程中錐形瓶不需要干燥，不影響待測(cè)液中溶質(zhì)的物質(zhì)的量；
C．滴定終了仰視讀數(shù)，讀出的是凹液面下方讀數(shù)，讀數(shù)比實(shí)際消耗的標(biāo)準(zhǔn)液體積偏大；
D．滴定終了俯視讀數(shù)，讀出的是凹液面上方讀數(shù)，讀數(shù)比實(shí)際讀數(shù)偏��；
（4）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)；
（5）混合溶液呈酸性，說(shuō)明亞硝酸電離程度大于亞硝酸根離子水解程度，則溶液中，c（H⁺）＞c（OH^-）；
（6）由圖示知在Ag-Pt電極上NO₃^-發(fā)生還原反應(yīng)，因此Ag-Pt電極為陰極，則B為負(fù)極，A為電源正極；在陰極反應(yīng)是NO₃^-得電子發(fā)生還原反應(yīng)生成N₂，利用電荷守恒與原子守恒知有氫離子參與反應(yīng)且有水生成．

解答 解：（1）裝置A燒瓶中，碳和濃硝酸反應(yīng)生成二氧化碳、二氧化氮和水，方程式為C+4HNO₃（濃）$\frac{\underline{\;加熱\;}}{\;}$CO₂↑+4NO₂↑+2H₂O，故答案為：C+4HNO₃（濃）$\frac{\underline{\;加熱\;}}{\;}$CO₂↑+4NO₂↑+2H₂O；
（2）有同學(xué)認(rèn)為裝置c中產(chǎn)物不僅有亞硝酸鈉，還有碳酸鈉和氫氧化鈉，那么NO中混有CO₂、NO₂，可以在B、C之間增加裝有堿石灰或生石灰的裝置E，以吸收雜質(zhì)CO₂、NO₂，故答案為：B；
（3）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，會(huì)導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果偏高，
A．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?zhuān)�滴定過(guò)程中消耗的標(biāo)準(zhǔn)液體積會(huì)偏大，故A正確；
B．錐形瓶不需要干燥，所以錐形瓶洗凈后未干燥，不影響測(cè)定結(jié)果，故B錯(cuò)誤；
C．滴定終了仰視讀數(shù)，導(dǎo)致讀數(shù)偏大，計(jì)算出的標(biāo)準(zhǔn)液體積偏大，故C正確；
D．滴定終了俯視讀數(shù)，滴定管讀數(shù)偏小，計(jì)算出的標(biāo)準(zhǔn)液體積偏小，故D錯(cuò)誤；
故答案為：AC；
（4）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%或0.8625；
（5）0.2mol•L^-1的亞硝酸鈉溶液和0.1mol•L^-1的鹽酸等體積混合，c（Na⁺）＞c（NO₂^-）＞c（Cl^-），混合溶液呈酸性，說(shuō)明亞硝酸電離程度大于亞硝酸根離子水解程度，則溶液中，c（H⁺）＞c（OH^-）；溶液中離子濃度大小順序是c（Na⁺）＞c（NO₂^-）＞c（Cl^-）＞c（H⁺）＞c（OH^-），故答案為：c（Na⁺）＞c（NO₂^-）＞c（Cl^-）＞c（H⁺）＞c（OH^-）；
（6）由圖示知在Ag-Pt電極上NO₃^-發(fā)生還原反應(yīng)，因此Ag-Pt電極為陰極，則B為負(fù)極，A為電源正極；在陰極反應(yīng)是NO₃^-得電子發(fā)生還原反應(yīng)生成N₂，利用電荷守恒與原子守恒知有H₂O參與反應(yīng)且有水生成，
所以陰極上發(fā)生的電極反應(yīng)式為：2NO₃^-+12H⁺+10e^-=N₂+6H₂O，
故答案為：A；2NO₃^-+12H⁺+10e^-=N₂+6H₂O．

點(diǎn)評(píng) 本題考查實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)和探究，考查學(xué)生分析和解決問(wèn)題的能力，涉及化學(xué)方程式的書(shū)寫(xiě)、物質(zhì)含量的計(jì)算以及電解原理，綜合性強(qiáng)，難度大．