Question

10．某研究性學習小組根據氧化還原反應規律，欲探究NO₂、NO與Na₂O₂反應的情況．
I．從理論上分析，Na₂O₂和NO₂都既有氧化性又有還原性，于是提出如下假設：
假設1：Na₂O₂氧化NO₂；
假設2：NO₂氧化Na₂O₂
（1）甲同學設計了如圖所示裝置進行實驗．
①試管A中反應的離子方程式Cu+4H⁺+2NO₃^-=Cu²⁺+2NO₂↑+2H₂O
②待試管B中充滿紅棕色氣體，關閉旋塞a和b；取下試管B，向其中加入適量Na₂O₂粉末，塞上塞子，輕輕振蕩試管內粉末，觀察到紅棕色氣體迅速消失；再將帶火星的木條迅速伸進試管內，木條復燃．
（2）乙同學認為甲同學設計的實驗存在缺陷并對甲同學的設計進行了改進．他在A、B之間增加了一個裝置，然后重復了甲同學的實驗操作，觀察到紅棕色氣體迅速消失，但帶火星的木條未復燃．乙同學在A、B之間增加的裝置的作用是除去生成NO₂氣體中混有的水蒸氣
（3）根據甲、乙兩位的實驗及現象，你認為假設2（填“1”或“2”）更合理，NO₂ 和Na₂O₂反應的化學方程式為2NO₂+Na₂O₂=2NaNO₃
Ⅱ．該研究性學習小組還認為NO易與O₂發生反應，應該更易被Na₂O₂氧化．
查閱資料：2NO+Na₂O₂=2NaNO₂； 2NaNO₂+2HCl=2NaCl+NO₂↑+NO↑+H₂O．酸性條件下，NO能與MnO₂反應生成NO₃^-和Mn²⁺．
（4）丙同學用下圖所示裝置（部分夾持裝置略）探究NO與Na₂O₂的反應．

①在反應前，需打開彈簧夾，先通入一段時間N₂目的是將裝置中的空氣排出
②裝置C、E中所盛放的試劑不能A（填字母編號）
A．無水硫酸銅     B．無水氯化鈣   C．堿石灰  D．生石灰
③F中發生的氧化劑與還原劑的物質和量之比為3：5
④充分反應后，檢驗D裝置中產物的方法是：取D裝置中產物少許，加入稀鹽酸，產生紅棕色氣體則產行中有Na₂O₂．

Answer 1

分析 （1）Cu和濃硝酸反應生成硝酸銅、二氧化氮和水；
（2）Cu和濃硝酸的反應是放熱反應，放出的熱量導致水分蒸發，所以生成的二氧化氮中含有水蒸氣，水和過氧化鈉反應生成氧氣，從而產生干擾；
（3）過氧化鈉和二氧化氮反應不生成氧氣，說明二氧化氮被過氧化鈉氧化，則二氧化氮作還原劑、過氧化鈉作氧化劑；
（4）①裝置中含有空氣，對實驗產生干擾；
②為防止水蒸氣和過氧化鈉反應生成氧氣，應該通過C裝置除去水蒸氣；E是防止F中水蒸氣進入D裝置；
③二氧化氮和酸性高錳酸鉀溶液發生氧化還原反應生成硝酸根離子和錳離子，根據轉移電子守恒計算其物質的量；
④亞硝酸鈉和稀鹽酸反應生成紅棕色氣體二氧化氮，根據D中固體和稀鹽酸混合現象判斷成分．

解答 解：（1）①Cu與濃硝酸反應生成二氧化氮、硝酸銅和水，其反應的離子方程式為：Cu+4H⁺+2NO₃^-═Cu²⁺+2NO₂↑+2H₂O；
故答案為：Cu+4H⁺+2NO₃^-═Cu²⁺+2NO₂↑+2H₂O；
（2）Cu與濃硝酸反應生成二氧化氮中含有水蒸氣，水蒸氣能與過氧化鈉反應生成氧氣，從而對實驗目的產生干擾，所以要在A、B之間增加一個裝置干燥裝置，除去生成NO₂氣體中混有的水蒸氣，故答案為：除去生成NO₂氣體中混有的水蒸氣；
（3）過氧化鈉和二氧化氮反應不生成氧氣，說明二氧化氮被過氧化鈉氧化，所以假設2正確，反應方程式為2NO₂+Na₂O₂=2NaNO₃，
故答案為：2；2NO₂+Na₂O₂=2NaNO₃；
（4）①空氣中的氧氣能氧化NO，實驗時要排盡裝置中的空氣，所以在反應前，打開彈簧夾，通入一段時間N₂，目的是：將裝置中的空氣排出；
故答案為：將裝置中的空氣排出；
②防止水蒸氣和過氧化鈉反應生成氧氣，應該通過C裝置除去水蒸氣；E是防止F中水蒸氣進入D裝置，所以CF的目的都是作干燥劑，只有無水硫酸銅不能吸收水分，故選A；
③F中為吸收一氧化氮的反應，其氧化劑為高錳酸根被還原生成二價錳離子降低5價，還原劑為NO被氧化成硝酸根升高3價，則根據得失電子守恒氧化劑與還原劑的物質的量之比為3：5，故答案為：3：5；
④亞硝酸鈉中加鹽酸會生成NO，NO遇到空氣中的氧氣會變為紅棕色，則檢驗D裝置中物質的方法為：取D裝置中產物少許，加入稀鹽酸，若產生無色氣體，遇到空氣變為紅棕色，產物是亞硝酸鈉；
故答案為：加入稀鹽酸，產生紅棕色氣體．

點評 本題考查性質實驗方案評價，為高頻考點，涉及物質檢驗、基本操作、氧化還原反應等知識點，明確實驗目的、物質性質等知識點是解本題關鍵，注意結合題給信息解答解答，題目難度中等．