Question

20．某化學(xué)興趣小組欲探究木炭與濃硝酸能否發(fā)生化學(xué)反應(yīng)．
I．[查閱資料]
a．濃硝酸為不穩(wěn)定性酸，在光照或加熱的條件下易分解；
b．四氧化二氮的熔點(diǎn)：-9.3℃，沸點(diǎn)：21℃．
Ⅱ．[實(shí)驗(yàn)探究]
（1）甲同學(xué)通過圖1裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)觀察到有紅棕色氣體產(chǎn)生，于是認(rèn)為木炭與濃硝酸發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)．其反應(yīng)的化學(xué)方程式為C+4HNO₃（濃）$\frac{\underline{\;△\;}}{\;}$4NO₂↑+CO₂↑+2H₂O．
（2）乙同學(xué)認(rèn)為紅棕色氣體不一定是木炭與濃硝酸發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生的，其理由為4HNO₃（濃）$\frac{\underline{\;△\;}}{\;}$4NO₂↑+O₂↑+2H₂O（用化學(xué)方程式表示），乙同學(xué)認(rèn)為應(yīng)該檢驗(yàn)CO₂（填化學(xué)式）來證明木炭與濃硝酸是否發(fā)生了反應(yīng)，進(jìn)而設(shè)計(jì)了如圖2所示的實(shí)驗(yàn)裝置（裝置氣密性良好）．

（3）①玻璃儀器a的名稱為分液漏斗；
②用平衡移動原理解釋B裝置的作用常溫下存在平衡體系：2NO₂?N₂O₄，降低溫度N₂O₄液化，平衡右移，從而除去混合氣體中的NO₂（結(jié)合化學(xué)方程式與文字表述）；
③為了排除干擾，丙同學(xué)認(rèn)為應(yīng)在圖2裝置A、B之間增加一個(gè)裝置，你認(rèn)為下圖所示裝置合理的是（裝置的連接膠管未畫出）E、F（填編號）．

Ⅲ．[實(shí)驗(yàn)結(jié)論]
（4）乙同學(xué)觀察到C裝置中出現(xiàn)的現(xiàn)象是溶液變渾濁（或產(chǎn)生白色沉淀），從而證明了木炭與濃硝酸在加熱條件下能發(fā)生反應(yīng)．

Answer 1

分析 （1）濃硝酸具有強(qiáng)氧化性，碳具有還原性，兩者發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成二氧化碳、二氧化氮和水，根據(jù)得失電子守恒和原子守恒書寫化學(xué)反應(yīng)方程式；
（2）紅棕色氣體為二氧化氮?dú)怏w，濃硝酸不穩(wěn)定，易分解生成二氧化氮，可能為硝酸的分解生成的二氧化氮，因硝酸分解無二氧化碳生成，而碳和硝酸反應(yīng)有二氧化碳，所以需檢驗(yàn)二氧化碳的存在進(jìn)行分析；
（3）①根據(jù)儀器的構(gòu)造和常見儀器的名稱進(jìn)行解答；
②根據(jù)四氧化二氮的熔點(diǎn)：-9.3℃可知，2NO₂?N₂O₄，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度低，平衡向生成四氧化二氮的方向移動；
③水的熔點(diǎn)為0℃，四氧化二氮的熔點(diǎn)：-9.3℃，為排除干擾，應(yīng)在圖2裝置A、B之間增加一個(gè)干燥酸性氣體的裝置；
（4）二氧化碳能和氫氧化鋇溶液反應(yīng)生成難溶性的碳酸鋇，證明有二氧化碳存在，從而證明了木炭與濃硝酸在加熱條件下能發(fā)生反應(yīng)．

解答 解：（1）濃硝酸具有強(qiáng)氧化性，碳具有還原性，兩者發(fā)生氧化還原反應(yīng)，氮從+5降為+4價(jià)，碳從0價(jià)升為+4價(jià)，轉(zhuǎn)移電子數(shù)為4，所以硝酸前面系數(shù)為4，反應(yīng)為：C+4HNO₃（濃）$\frac{\underline{\;△\;}}{\;}$4NO₂↑+CO₂↑+2H₂O，
故答案為：C+4HNO₃（濃）$\frac{\underline{\;△\;}}{\;}$4NO₂↑+CO₂↑+2H₂O；
（2）濃硝酸不穩(wěn)定，加熱易分解生成二氧化氮，反應(yīng)方程式為4HNO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$4NO₂↑+O₂↑+2H₂O，濃硝酸和碳在加熱條件下反應(yīng)也生成二氧化氮，C+4HNO₃（濃）$\frac{\underline{\;△\;}}{\;}$4NO₂↑+CO₂↑+2H₂O，所以對實(shí)驗(yàn)造成干擾，所以要想檢驗(yàn)濃硝酸和碳反應(yīng)不能根據(jù)是否生成二氧化氮判斷，要根據(jù)CO₂判斷，
故答案為：4HNO₃（濃）$\frac{\underline{\;△\;}}{\;}$4NO₂↑+O₂↑+2H₂O；CO₂；
（3）①玻璃儀器a具有球形特征并帶有玻璃活塞，為分液漏斗，
故答案為：分液漏斗；
②根據(jù)題給信息知，-9.3℃時(shí)四氧化二氮為液體，所以溫度越低，二氧化氮越向四氧化二氮方向移動，所以要使用冰水混合物冷卻二氧化氮?dú)怏w，從而將混合氣體中的二氧化氮除去，防止干擾二氧化碳的檢驗(yàn)，
故答案為：常溫下存在平衡體系：2NO₂?N₂O₄，降低溫度N₂O₄液化，平衡右移，從而除去混合氣體中的NO₂； 
③無論是硝酸分解，還是碳和硝酸反應(yīng)，產(chǎn)物中都有水，四氧化二氮為酸性氣體，水的熔點(diǎn)為0℃，四氧化二氮的熔點(diǎn)：-9.3℃，為排除干擾，應(yīng)在圖2裝置A、B之間增加一個(gè)干燥酸性氣體的裝置，E、F符合，
故答案為：E、F；
（4）二氧化碳能和氫氧化鋇溶液反應(yīng)生成難溶性的碳酸鋇，所以看到的現(xiàn)象是：C中溶液變渾濁，或產(chǎn)生白色沉淀，證明有二氧化碳存在，從而證明了木炭與濃硝酸在加熱條件下能發(fā)生反應(yīng)，
故答案為：溶液變渾濁（或產(chǎn)生白色沉淀）．

點(diǎn)評 本題考查探究木炭與濃硝酸性質(zhì)實(shí)驗(yàn)，為高頻考點(diǎn)，把握圖中裝置的作用、反應(yīng)原理及實(shí)驗(yàn)技能為解答的關(guān)鍵，側(cè)重分析與實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ木C合考查，題目難度中等．