Question

4．某化學(xué)興趣小組的同學(xué)欲利用如圖所示裝置驗(yàn)證濃硝酸與木炭反應(yīng)時有NO₂、CO₂生成，并探究是否還有NO生成．（已知：NO₂的沸點(diǎn)為21.1℃，NO的沸點(diǎn)為-151℃，CO₂的沸點(diǎn)為-78.5℃；酸性KMnO₄溶液能將NO氧化成為NO₃^-．）

（1）裝置經(jīng)氣密性檢查后加入試劑并連接好儀器，然后打開開關(guān)K，通過導(dǎo)管向裝置內(nèi)通入氮?dú)猓�其目的是排出裝置內(nèi)的空氣，防止其對NO的檢驗(yàn)的干擾．
（2）實(shí)驗(yàn)中用無水CuSO₄代替無水CaCl₂干燥氣體的一個好處是可判斷水蒸氣是否全部被吸收；裝置C用于檢驗(yàn)、收集并除去NO₂，試劑X是冰水（填名稱），裝置D的作用是檢驗(yàn)二氧化氮是否已全部除去．
（3）若裝置E中溶液的顏色慢慢褪去，則E中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式是5NO+3MnO₄^-+4H⁺=5NO₃^-+3Mn²⁺+2H₂O；若裝置E中沒有明顯的變化，裝置C和F出現(xiàn)了預(yù)期的現(xiàn)象，則裝置A中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為C+4HNO₃（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+4NO₂↑+2H₂O；若裝置E、F中的試劑對調(diào)，則能（填“能”或“不能”）達(dá)到預(yù)期的實(shí)驗(yàn)?zāi)康�，其判斷理由是因�(yàn)槎�氧化碳與酸性高錳酸鉀溶液不反應(yīng)，NO與石灰水不反應(yīng)、
（4）將等物質(zhì)的量的NO₂、NO混合后通入低溫下的水中只得到一種含氧酸X，該酸的化學(xué)式可能為HNO₂．請?jiān)O(shè)計(jì)一種實(shí)驗(yàn)方案，以確定含氧酸X與碳酸的酸性相對強(qiáng)弱：向裝有碳酸氫鈉的試管里滴加亞硝酸溶液，若有氣泡產(chǎn)生，則亞硝酸的酸性相對較強(qiáng)，若無氣泡產(chǎn)生，則亞硝酸的酸性相對較弱，或比較等物質(zhì)的量濃度的亞硝酸鈉溶液、碳酸氫鈉溶液的PH大小，PH小的，對應(yīng)的酸的酸性相對較強(qiáng)．

Answer 1

分析 探究實(shí)驗(yàn)，連接裝置，檢查裝置的氣密性，然后裝藥品，實(shí)驗(yàn)開始，打開開關(guān)K，通過導(dǎo)管向裝置內(nèi)通入氮?dú)�，排出裝置內(nèi)的空氣，防止其對NO的檢驗(yàn)的干擾，裝置A：碳單質(zhì)和濃硝酸加熱反應(yīng)生成二氧化氮、二氧化碳和水，反應(yīng)的化學(xué)方程式為C+4HNO₃（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+4NO₂↑+2H₂O，裝置B：無水硫酸銅和水反應(yīng)生成藍(lán)色五水合硫酸銅，證明生成的氣體中有水蒸氣，同時吸收氣體中的水蒸氣，裝置C：NO₂的沸點(diǎn)低，試劑X是冰水，收集二氧化氮，裝置D：檢驗(yàn)二氧化氮是否已全部除去，裝置E：檢驗(yàn)NO，5NO+3MnO₄^-+4H⁺=5NO₃^-+3Mn²⁺+2H₂O，酸性高錳酸鉀顏色慢慢褪去，裝置F：檢驗(yàn)二氧化碳，最后尾氣處理．
（1）NO易被氧氣氧化成二氧化氮，探究濃硝酸與木炭反應(yīng)是否還有NO生成，需排盡裝置中的空氣；
（2）利用無水硫酸銅和水反應(yīng)生成藍(lán)色五水合硫酸銅，證明生成的氣體中有水蒸氣，同時吸收氣體中的水蒸氣，而無水CaCl₂只能干燥氣體；裝置C用于檢驗(yàn)、收集并除去NO₂，裝置為向上排氣法，需利用二氧化氮的沸點(diǎn)低選擇X成分；裝置D中盛放的是淀粉碘化鉀，若有氧化性的二氧化氮剩余，會氧化碘離子生成碘單質(zhì)，碘單質(zhì)與淀粉作用顯示藍(lán)色，所以D的作用為檢驗(yàn)二氧化氮是否已全部除去；
（3）NO具有還原性，高錳酸根離子具有氧化性，兩者反應(yīng)生成硝酸根離子、+2價錳離子，裝置A中為碳和濃硝酸反應(yīng)，生成二氧化氮、二氧化碳、水，因?yàn)槎�氧化碳與酸性高錳酸鉀溶液不反應(yīng)，NO與石灰水不反應(yīng)若裝置E、F中的試劑對調(diào)，能達(dá)到預(yù)期的實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?br />（4）將等物質(zhì)的量的NO₂、NO混合后通入低溫下的水中發(fā)生價態(tài)歸中反應(yīng)生成亞硝酸，證明亞硝酸與碳酸的酸性相對強(qiáng)弱，可利用強(qiáng)酸制弱酸的原理，或比較等物質(zhì)的量濃度的亞硝酸鹽溶液的PH等角度設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)．

解答 解：（1）根據(jù)實(shí)驗(yàn)的目的，驗(yàn)證濃硝酸與木炭反應(yīng)時有NO₂、CO₂生成，并探究是否還有NO生成，NO易被氧氣氧化成二氧化氮，所以需用與NO不反應(yīng)的氣體，排盡裝置中的氧氣，所以實(shí)驗(yàn)開始，打開開關(guān)K，通過導(dǎo)管向裝置內(nèi)通入氮?dú)猓?br />故答案為：排出裝置內(nèi)的空氣，防止其對NO的檢驗(yàn)的干擾；
（2）無水CaCl₂只能干燥氣體，無明顯現(xiàn)象，無水硫酸銅為白色粉末，無水硫酸銅和水反應(yīng)生成藍(lán)色五水合硫酸銅，證明生成的氣體中有水蒸氣，同時吸收氣體中的水蒸氣；NO₂的沸點(diǎn)為21.1℃，沸點(diǎn)低易液化，裝置C為向上排氣法，X成分為冰水，用于冷卻、收集并除去NO₂，裝置D中盛放的是淀粉碘化鉀，若有氧化性的二氧化氮剩余，會氧化碘離子生成碘單質(zhì)，碘單質(zhì)與淀粉作用顯示藍(lán)色，所以D的作用為檢驗(yàn)二氧化氮是否已全部除去，
故答案為：可判斷水蒸氣是否全部被吸收；冰水；檢驗(yàn)二氧化氮是否已全部除去；
（3）在酸性溶液中，NO可將MnO₄^-還原為Mn²⁺，NO氧化生成NO₃^-，反應(yīng)中元素的化合價變化為 NO→NO₃^-，氮元素由+2價→+5價，化合價升高3價；MnO₄^-→Mn²⁺，錳元素由+7價→+2價，化合價降低5價，所以其最小公倍數(shù)為15，故NO的系數(shù)為5，高錳酸根離子的系數(shù)為3，其它元素根據(jù)原子守恒配平，所以反應(yīng)的離子方程式為：5NO+3MnO₄^-+4H⁺=5NO₃^-+3Mn²⁺+2H₂O，碳單質(zhì)和濃硝酸加熱反應(yīng)生成二氧化氮、二氧化碳和水，反應(yīng)的化學(xué)方程式為C+4HNO₃（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+4NO₂↑+2H₂O，因?yàn)槎�氧化碳不具有還原性，與酸性高錳酸鉀溶液不反應(yīng)，NO與石灰水不反應(yīng)，若裝置E、F中的試劑對調(diào)，能達(dá)到預(yù)期的實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?br />故答案為：5NO+3MnO₄^-+4H⁺=5NO₃^-+3Mn²⁺+2H₂O；C+4HNO₃（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+4NO₂↑+2H₂O；能；因?yàn)槎�氧化碳與酸性高錳酸鉀溶液不反應(yīng)，NO與石灰水不反應(yīng)；
（4）將等物質(zhì)的量的NO₂、NO混合后通入低溫下的水中發(fā)生價態(tài)歸中反應(yīng)，反應(yīng)方程式為：NO₂+NO+H₂O=2HNO₂，證明亞硝酸與碳酸的酸性相對強(qiáng)弱，可利用強(qiáng)酸制弱酸的原理，
向裝有碳酸氫鈉的試管里滴加亞硝酸溶液，若有氣泡產(chǎn)生，則亞硝酸的酸性相對較強(qiáng)，若無氣泡產(chǎn)生，則亞硝酸的酸性相對較弱，或比較等物質(zhì)的量濃度的亞硝酸鹽溶液的PH，比較等物質(zhì)的量濃度的亞硝酸鈉溶液、碳酸氫鈉溶液的PH大小，PH小的，對應(yīng)的酸的酸性相對較強(qiáng)，
故答案為：向裝有碳酸氫鈉的試管里滴加亞硝酸溶液，若有氣泡產(chǎn)生，則亞硝酸的酸性相對較強(qiáng)，若無氣泡產(chǎn)生，則亞硝酸的酸性相對較弱，或比較等物質(zhì)的量濃度的亞硝酸鈉溶液、碳酸氫鈉溶液的PH大小，PH小的，對應(yīng)的酸的酸性相對較強(qiáng)．

點(diǎn)評 本題考查了濃硝酸與木炭反應(yīng)產(chǎn)物的檢驗(yàn)，側(cè)重考查實(shí)驗(yàn)過程分析，物質(zhì)性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)探究，明確物質(zhì)性質(zhì)和實(shí)驗(yàn)操作的目的和實(shí)驗(yàn)步驟分析是解題關(guān)鍵，注意結(jié)合題給信息解答，題目難度中等．