Question

19．亞硝酸鈉（NaNO₂）被稱為工業鹽，在漂白、電鍍等方面應用廣泛．以木炭、濃硝酸、水和銅為原料制備亞硝酸鈉的裝置如圖所示．

已知：室溫下，①2NO+Na₂O₂=2NaNO₂；②3NaNO₂+3HCl=3NaCl+HNO₃+2NO↑+H₂O；③酸性條件下，NO或NO₂^-都能與MnO₄^-反應生成NO₃^-和Mn²⁺．
請按要求回答下列問題：
（1）檢查完該裝置的氣密性，裝入藥品后，實驗開始前通入一段時間氣體Ar，然后關閉彈簧夾，再滴加濃硝酸，加熱控制B中導管均勻地產生氣泡．上述操作的作用是排盡空氣，防止生成的NO被O₂氧化．
（2）B中觀察到的主要現象是紅棕色氣體消失，銅片溶解，溶液變藍，導管口有無色氣泡冒出．
（3）A裝置中反應的化學方程式為C+4HNO₃（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+4NO₂↑+2H₂O．
（4）D裝置中反應的離子方程式為3MnO₄^-+5NO+4H⁺=3Mn²⁺+5NO₃^-+2H₂O．
（5）預測C中反應開始階段，固體產物除NaNO₂外，還含有的副產物有Na₂CO₃和NaOH；為避免產生這些副產物，應在B、C裝置間增加裝置E，則E中盛放的試劑名稱為堿石灰．
（6）利用改進后的裝置，將3.12g Na₂O₂完全轉化為NaNO₂，理論上至少需要木炭0.48g．

Answer 1

分析 A裝置為C與HNO₃（濃）反應生成二氧化碳與二氧化氮，二氧化氮在B中與水反應是硝酸，硝酸與Cu反應生成NO，C裝置中制備NaNO₂，由于二氧化碳、水蒸氣與過氧化鈉反應的得到碳酸鈉、氫氧化鈉，故需要需要除去二氧化碳，并干燥NO氣體，可以在B、C之間添加成分堿石灰的裝置，反應開始需要排盡裝置中的空氣，防止氧氣將NO氧化．利用酸性高錳酸鉀溶液溶液氧化未反應的NO，可以防止污染空氣，由題目信息，酸性條件下，NO能與MnO₄^-反應生成NO₃^-和Mn²⁺．
（6）根據方程式：C+4HNO₃（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+4NO₂↑+2H₂O，3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO，3Cu+8HNO₃=3Cu（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O，2NO+Na₂O₂═2NaNO₂進行計算，需找B裝置中得到NO與C物質的量關系．

解答 解：A裝置為C與HNO₃（濃）反應生成二氧化碳與二氧化氮，二氧化氮在B中與水反應是硝酸，硝酸與Cu反應生成NO，C裝置中制備NaNO₂，由于二氧化碳、水蒸氣與過氧化鈉反應的得到碳酸鈉、氫氧化鈉，故需要需要除去二氧化碳，并干燥NO氣體，可以在B、C之間添加成分堿石灰的裝置，反應開始需要排盡裝置中的空氣，防止氧氣將NO氧化．利用酸性高錳酸鉀溶液溶液氧化未反應的NO，可以防止污染空氣，驗證NO的還原性．
（1）利用氬氣排盡空氣，防止生成的NO被O₂氧化，
故答案為：排盡空氣，防止生成的NO被O₂氧化；
（2）二氧化氮在B中與水反應是硝酸，硝酸與Cu反應生成硝酸銅與NO，觀察到的現象為：紅棕色氣體消失，銅片溶解，溶液變藍，導管口有無色氣泡冒出，
故答案為：紅棕色氣體消失，銅片溶解，溶液變藍，導管口有無色氣泡冒出；
（3）C與HNO₃（濃）反應生成二氧化碳與二氧化氮，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；
（4）由題目信息，酸性條件下，NO能與MnO₄^-反應生成NO₃^-和Mn²⁺，反應離子方程式為：3MnO₄^-+5NO+4H⁺=3Mn²⁺+5NO₃^-+2H₂O，
故答案為：3MnO₄^-+5NO+4H⁺=3Mn²⁺+5NO₃^-+2H₂O；
（5）二氧化碳、水蒸氣與過氧化鈉反應的得到碳酸鈉、氫氧化鈉，可以在B、C之間添加成分堿石灰的裝置，吸收除去二氧化碳，并干燥NO氣體，
故答案為：NaOH；堿石灰；
（6）n（Na₂O₂）=$\frac{3.12g}{78g/mol}$=0.04mol，根據2NO+Na₂O₂=2NaNO₂知，0.04mol過氧化鈉反應需要0.08molNO，設參加反應的碳為 nmol，根據C+4HNO₃（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+4NO₂↑+2H₂O知，生成4nmolNO₂，根據3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO，可知4nmolNO₂與水反應生成4nmol×$\frac{2}{3}$=$\frac{8}{3}$nmol硝酸和$\frac{4}{3}$nmolNO，再根據3Cu+8HNO₃=3Cu（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O可知，硝酸與銅反應生成的NO為$\frac{8}{3}$nmol×$\frac{2}{3}$=$\frac{2}{3}$nmol，所以$\frac{4}{3}$nmol+$\frac{2}{3}$nmol=2nmol=0.08mol，可得n=0.04mol，則需要碳的質量=12g/mol×0.04mol=0.48g，
故答案為：0.48．

點評 本題考查物質制備實驗方案的設計，涉及對原理與裝置的分析評價、信息獲取與遷移運用、化學計算等，（6）中計算為易錯點、難點，關鍵是根據方程式需找B裝置中得到NO與碳的物質的量關系．