Question

2．Na₂O₂ 和NO₂都是中學化學常見的物質，某實驗小組對他們之間的反應進行探究．
（1）小組同學對NO₂ 與Na₂O₂ 的反應提出以下假設．
假設一：生成NaNO₃，反應的化學方程式為2NO₂+Na₂O₂═2NaNO₃
假設二：生成NaNO₂，反應的化學方程式為2NO₂+Na₂O₂═2NaNO₂+O₂．
（2）小組同學在通風櫥中制備并收集干燥的NO₂ 后進行如下實驗：

序號	操作步驟	現象
實驗1	①按如圖組裝儀器，打開K，將氣球中的Na2O2粉末導入試管中，振蕩，充分反應	試管內紅棕色消失，氣球變癟
	②試管冷卻后，打開膠塞，加入5mL蒸餾水	未見紅棕色氣體，試管底部固體全部溶解得澄清溶液

①實驗室常利用銅與濃硝酸反應制備NO₂，反應的化學方程式為Cu+4HNO₃（濃）═Cu（NO₃）₂+2NO₂↑+2H₂O．
②有同學根據實驗1 中“氣球變癟”的現象推斷假設一成立，你認為是否合理并簡述理由：不能根據“氣球變癟”的現象推斷假設一成立，理由是：根據方程式可以發現無論是按假設一還是假設二發生反應，體系的壓強都要減小，都能觀察到“氣球變癟”的現象．
（3）小組同學進一步對產物進行檢驗
查閱資料：
i．Na₂O₂ 與水反應會生成H₂O₂；
ii．NO₂^-具有還原性，可用KMnO₄ 酸性溶液進行檢驗；
iii．含NO₃^-的溶液遇 FeSO₄和濃硫酸生成棕色物質[Fe（NO）]^2-
進行實驗：

序號	操作步驟	現象
實驗2	取實驗1所得清液， 向其中加入少量MnO2粉末，待不再產生氣泡后，靜置后取上層清液，再調節此溶液pH至7左右	/
實驗3	取實驗2后的清液2mL，加入2滴0.1%的酸性KMnO4溶液

進行實驗：

序號	操作步驟	現象
實驗4	①向試管中加入2mL新制FeSO4溶液，再加入10滴0.1mol•L-1NaNO3溶液，振蕩，再向試管中加入0.5mL98%的濃硫酸	滴入NaNO3溶液，無明顯變化，加入濃硫酸后，溶液變棕色
	②向試管中加入2mL新制FeSO4溶液，再加入10滴0.1mol•L-1NaNO2溶液，振蕩，再向試管中加入0.5mL98%的濃硫酸	加入NaNO2溶液，立即變棕色，加入濃硫酸后，溶液無明顯變化
	③向試管中加入2mL新制FeSO4溶液，再加入10滴實驗2后的清液，振蕩，再加0.5mL98%的濃硫酸	滴加實驗2得到的清液后，溶液立即變淺棕色，加入濃硫酸后，溶液變深棕色

①實驗2 的主要目的是排出溶液中H₂O₂對后續實驗的干擾，請補全實驗2 的操作向其中加入少量MnO₂粉末，待不再產生氣泡后，靜置后取上層清液．
②根據實驗3 的現象可得出結論“產物含”NO₂^-，該實驗的現象是KMnO₄溶液褪色．
③實驗4 中進行步驟②的目的是通過和實驗4步驟①進行對比，排除NO₂^-的存在對NO₃^-檢驗的干擾．
（4）該小組同學由以上全部實驗可得出結論：Na₂O₂和NO₂反應既能生成NaNO₃也能生成NaNO₂（或“假設一和假設二都成立”，或“Na₂O₂和NO₂反應的產物中既含NO₂^-又含NO₃^-”）．

Answer 1

分析 （1）NO₂ 與Na₂O₂ 的反應，有兩種情況，NO₂能被Na₂O₂氧化或NO₂能被Na₂O₂還原；
（2）①濃硝酸具有強氧化性，銅和濃硝酸反應生成硝酸銅、二氧化氮和水；不能根據“氣球變癟”的現象推斷假設一成立，“氣球變癟”說明氣體的體積縮小，但假設1、2兩反應反應后氣體的體積都縮小；
（3）①實驗2 的主要目的是除去溶液中H₂O₂，防止對后續實驗的干擾，實驗需選擇除去過氧化氫的試劑，可選擇二氧化錳，二氧化猛能催化過氧化氫的分解，且產物為水和氧氣，然后取上層清夜進行實驗；
②NO₂^-具有還原性，紫紅色的酸性KMnO₄ 溶液具有氧化性，兩者反應，溶液褪色；
③實驗4 中進行步驟②的目的驗證NO₂^-具有還原性，通過和實驗4步驟①進行對比，排除NO₂^-的存在對NO₃^-檢驗的干擾；
（4）實驗2除去溶液中H₂O₂，防止對后續實驗的干擾；實驗3檢驗NO₂^-的還原性，能使具有氧化性的紫紅色的酸性KMnO₄ 溶液褪色；實驗4①亞硝酸根離子無還原性；②通過和實驗4步驟①進行對比，排除NO₂^-的存在對NO₃^-檢驗的干擾，③說明既有亞硝酸根離子又有硝酸根離子．

解答 解：（1）NO₂ 與Na₂O₂ 的反應，有兩種情況，假設一：生成NaNO₃，反應的化學方程式為2NO₂+Na₂O₂═2NaNO₃，NO₂能被Na₂O₂氧化生成NaNO₃，假設二：生成NaNO₂，NO₂能被Na₂O₂還原，過氧化鈉中-1價的氧被二氧化氮中+4價的氮氧化成氧氣，氮元素被還原成+3價的氮，所以反應方程式為：2NO₂+Na₂O₂═2NaNO₂+O₂，
故答案為：2NO₂+Na₂O₂═2NaNO₂+O₂；
（2）①濃硝酸具有強氧化性，能和較不活潑金屬銅反應生成硝酸銅、二氧化氮和水，反應方程式為：Cu+4HNO₃（濃）═Cu（NO₃）₂+2NO₂↑+2H₂O，
故答案為：Cu+4HNO₃（濃）=Cu（NO₃）₂+2NO₂↑+2H₂O，
②不能根據“氣球變癟”的現象推斷假設一成立，理由是：根據方程式可以發現無論是按假設一2NO₂+Na₂O₂═2NaNO₃，二氧化氮為氣體，過氧化鈉、硝酸鈉為固體，體系的壓強減小，假設二2NO₂+Na₂O₂═2NaNO₂+O₂，二氧化氮、氧氣為氣體，過氧化鈉、亞硝酸鈉為固體，體系的壓強減小，所以無論是按假設一還是假設二發生反應，都能觀察到“氣球變癟”的現象，
故答案為：不能根據“氣球變癟”的現象推斷假設一成立，理由是：根據方程式可以發現無論是按假設一還是假設二發生反應，體系的壓強都要減小，都能觀察到“氣球變癟”的現象；
（3）①過氧化氫在二氧化錳的催化作用下分解為水和氧氣，反應的方程式為：2H₂O₂$\frac{\underline{\;MnO_{2}\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑，實驗2 的主要目的是排出溶液中H₂O₂對后續實驗的干擾，向其中加入少量MnO₂粉末，待不再產生氣泡后，靜置后取上層清液即可，
故答案為：向其中加入少量MnO₂粉末，待不再產生氣泡后，靜置后取上層清液；
②實驗3“產物含”NO₂^-，NO₂^-具有還原性，能使具有氧化性的紫紅色的酸性KMnO₄ 溶液褪色，
故答案為：KMnO₄溶液褪色；
③實驗4步驟①滴入NaNO₃溶液，無明顯變化，排除NO₃^-無還原性，加入濃硫酸后，2H⁺+NO₃^-+Fe²⁺=NO₂↑+Fe³⁺+H₂O，溶液變棕色，實驗4 中進行步驟②加入NaNO₂溶液，立即變棕色，含NO₃^-的溶液遇 FeSO₄和濃硫酸生成棕色物質[Fe（NO）]^2-，通過和實驗4步驟①進行對比，排除NO₂^-的存在對NO₃^-檢驗的干擾，
故答案為：通過和實驗4步驟①進行對比，排除NO₂^-的存在對NO₃^-檢驗的干擾；
（4）實驗2向其中加入少量MnO₂粉末，待不再產生氣泡后，靜置后取上層清液，除去溶液中H₂O₂，防止對后續實驗的干擾；實驗3利用高錳酸鉀的氧化性檢驗NO₂^-的還原性，若有，能使紫紅色的酸性KMnO₄ 溶液褪色；實驗4①亞硝酸根離子無還原性；②通過和實驗4步驟①進行對比，排除NO₂^-的存在對NO₃^-檢驗的干擾，③說明既有亞硝酸根離子又有硝酸根離子，
故答案為：Na₂O₂和NO₂反應既能生成NaNO₃也能生成NaNO₂（或“假設一和假設二都成立”，或“Na₂O₂和NO₂反應的產物中既含NO₂^-又含NO₃^-”）．

點評 本題考查了探究Na₂O₂ 和NO₂產物的性質的實驗，根據實驗現象判斷物質具有的性質，掌握氮的化合物的性質是解答關鍵，題目難度中等．