Question

6．濃硝酸是一種常見的酸，加熱或見光易分解生成NO₂．某實驗小組欲探究碳與濃硝酸的反應情況．實驗裝置如圖．回答下列問題：
（1）碳與濃硝酸反應的化學方程式是C+4HNO₃ （濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$4NO₂↑+CO₂↑+2H₂O，消耗1molC轉移的電
子是4mol．
（2）甲同學設計了圖1裝置進行實驗，若有紅棕色氣體生成，不能（填“能”或“不能”）說明碳與濃硝酸反應，原因是4HNO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$4NO₂↑+O₂↑+2H₂O（用方程式表示）．
（3）乙同學設計了圖2裝置進行實驗．
資料：0℃時N₂O₄是液體；NO₂?N₂O₄
①裝置B的作用是除去混合氣體中的NO₂．
②最能說明碳與硝酸反應的實驗現象是C中澄清石灰水會變渾濁，反應的化學方程式是CO₂+Ca（OH）₂=CaCO₃ ↓+H₂O，裝置D中的試劑是氫氧化鈉溶液．
③為了排除干擾，對A裝置有下面幾種操作方案．其中最合理的是D（填序號）．
A．將木炭與濃硝酸一起放在裝置中加熱  B．將木炭加熱，再加入冷濃硝酸
C．先加熱濃硝酸，再加入木炭          D．將木炭加熱，再投入到冷濃硝酸中
（4）裝置1和裝置2相比最大缺點是沒有尾氣吸收裝置．

Answer 1

分析 （1）碳與濃硝酸反應生成二氧化碳、二氧化氮和水，反應中碳從0價變為+4價，據此答題；
（2）濃硝酸加熱能分解產生紅棕色氣體二氧化氮；
（3）①常溫下存在平衡體系：2NO₂?N₂O₄，降低溫度N₂O₄液化，平衡右移，可以除去混合氣體中的NO₂；
②碳與硝酸反應會生成二氧化碳，所以C中澄清石灰水會變渾濁，反應尾氣中會有少量的氮的氧化物，會污染空氣，所以要用氫氧化鈉溶液吸收；
③濃硝酸不穩定，加熱易分解，為防止干擾，應該防止濃硝酸分解；
（4）碳與濃硝酸反應會產生氮的氧化物、濃硝酸加熱也易揮發及發生分解產生氮的氧化物，都會污染空氣，據此分析；

解答 解：（1）碳與濃硝酸反應生成二氧化碳、二氧化氮和水，反應方程式為C+4HNO₃ （濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$4NO₂↑+CO₂↑+2H₂O，反應中碳從0價變為+4價，所以消耗1molC轉移的電子是4mol，
故答案為：C+4HNO₃ （濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$4NO₂↑+CO₂↑+2H₂O；4；
（2）濃硝酸加熱能分解產生紅棕色氣體二氧化氮，反應方程式為4HNO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$4NO₂↑+O₂↑+2H₂O，所以圖1裝置進行實驗，若有紅棕色氣體生成，不能說明碳與濃硝酸反應，
故答案為：不能；4HNO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$4NO₂↑+O₂↑+2H₂O；
（3）①常溫下存在平衡體系：2NO₂?N₂O₄，降低溫度N₂O₄液化，平衡右移，可以除去混合氣體中的NO₂，所以裝置B的作用是除去混合氣體中的NO₂，
故答案為：除去混合氣體中的NO₂；
②碳與硝酸反應會生成二氧化碳，所以最能說明碳與硝酸反應的實驗現象是C中澄清石灰水會變渾濁，反應的化學方程式是CO₂+Ca（OH）₂=CaCO₃ ↓+H₂O，反應尾氣中會有少量的氮的氧化物，會污染空氣，所以要用氫氧化鈉溶液吸收，所以裝置D中的試劑是氫氧化鈉溶液，
故答案為：C中澄清石灰水會變渾濁；CO₂+Ca（OH）₂=CaCO₃ ↓+H₂O；氫氧化鈉溶液；
③濃硝酸不穩定，加熱易分解，為防止干擾，應該防止濃硝酸分解，但濃硝酸和碳的反應必須在加熱條件下才能發生，所以要先將炭加熱，再將碳投入冷的濃硝酸中，
故答案為：D；
（4）碳與濃硝酸反應會產生氮的氧化物、濃硝酸加熱也易揮發及發生分解產生氮的氧化物，都會污染空氣，所以裝置1和裝置2相比最大缺點是沒有尾氣吸收裝置，
故答案為：沒有尾氣吸收裝置．

點評 本題考查性質實驗方案的設計，為高頻考點，把握圖中裝置的作用、反應原理及實驗技能為解答的關鍵，側重分析與實驗能力的綜合考查，題目難度中等．