Question

15．亚硝酸钠（NaNO₂）被称为工业盐，在漂白、电镀等方面应用广泛．以木炭、浓硝酸、水和铜为原料制备硝酸钠的装置如图所示．
已知：室温下，①2NO+Na₂O₂═2NaNO₂
②3NaNO₂+3HCl═3NaCl+HNO₃+2NO↑+H₂O
③酸性条件下，NO或NO${\;}_{2}^{-}$都能与MnO${\;}_{4}^{-}$反应生成NO${\;}_{3}^{-}$和Mn²⁺
请按要求回答下列问题：
（1）检查完该装置的气密性，装入药品后，实验开始前通入一段时间气体X，然后关闭弹簧夹，再滴加浓硝酸，加热控制B中导管均匀地产生气泡．则X为氮气，上述操作的作用是排尽空气，以免生成的一氧化氮被空气中的氧气氧化．
（2）B中观察到的主要现象是红棕色消失，导管口有无色气泡冒出，铜片溶解，溶液变蓝．
（3）A烧瓶中反应的化学方程式为C+4HNO₃（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+4NO₂↑+2H₂O．
（4）D装置中反应的离子方程式3MnO₄^-+5NO+4H⁺=3Mn²⁺+5NO₃^-+2H₂O．
（5）预测C中反应开始阶段，产物除NaNO₂外，还含有的副产物有Na₂CO₃和NaOH．为避免产生这些副产物，应在B、C装置间增加装置E，则E中盛放的试剂名称为碱石灰．
（6）利用改进后的装置，将3.12g Na₂O₂完全转化成为NaNO₂，理论上至少需要木炭0.72g．

Answer 1

分析 A中是浓硝酸和碳加热发生的反应，反应生成二氧化氮和二氧化碳和水，装置B中是A装置生成的二氧化氮和水反应生成硝酸和一氧化氮，硝酸和铜反应生成硝酸铜，一氧化氮和水；通过装置C中的过氧化钠吸收一氧化氮、二氧化碳，最后通过酸性高锰酸钾溶液除去剩余一氧化氮防止污染空气，
（1）一氧化氮容易与空气中的氧气反应生成二氧化氮；
（2）A中浓硝酸和碳加热发生的反应，反应生成二氧化氮和二氧化碳和水，二氧化氮在B中与水反应生成硝酸和一氧化氮，硝酸与铜反应生成硝酸铜和一氧化氮，据此描述反应现象；
（3）A中浓硝酸和碳加热发生的反应，反应生成二氧化氮和二氧化碳和水；
（4）除去未反应的NO，防止污染空气，酸性条件下高锰酸钾氧化一氧化氮为硝酸盐，本身被还原为锰离子；
（5）一氧化氮中混有二氧化碳和水蒸汽，二氧化碳和过氧化钠发生的反应生成碳酸钠和氧气，水与过氧化钠反应生成氢氧化钠；为避免产生这些副产物，应除去二氧化碳和水蒸气；
（6）根据发生的反应①C+4HNO₃（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+4NO₂↑+2H₂O，②3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO；③2NO+Na₂O₂→2NaNO₂进行计算．

解答 解：（1）A中是浓硝酸和碳加热发生的反应，反应生成二氧化氮和二氧化碳和水，装置B中是A装置生成的二氧化氮和水反应生成硝酸和一氧化氮，为防止装置中空气中的氧气氧化生成的一氧化氮，应先通入氮气排尽装置内的空气，
故答案为：氮气；排尽空气，以免生成的一氧化氮被空气中的氧气氧化；
（2）A中浓硝酸和碳加热发生的反应，反应生成二氧化氮和二氧化碳和水，二氧化氮在B中与水反应生成硝酸和一氧化氮，硝酸与铜反应生成硝酸铜和一氧化氮，所以会看到的现象为：红棕色消失，导管口有无色气泡冒出，铜片溶解，溶液变蓝；
故答案为：红棕色消失，导管口有无色气泡冒出，铜片溶解，溶液变蓝；
（3）A中浓硝酸和碳加热发生的反应，反应生成二氧化氮和二氧化碳和水，化学方程式为：C+4HNO₃（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+4NO₂↑+2H₂O；
故答案为：C+4HNO₃（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+4NO₂↑+2H₂O；
（4）D装置中高锰酸钾氧化一氧化氮生成硝酸根，本身被还原为二价锰离子，离子方程式：3MnO₄^-+5NO+4H⁺=3Mn²⁺+5NO₃^-+2H₂O；
故答案为：3MnO₄^-+5NO+4H⁺=3Mn²⁺+5NO₃^-+2H₂O；
（5）一氧化氮中混有二氧化碳和水蒸汽，二氧化碳和过氧化钠发生的反应生成碳酸钠和氧气，水与过氧化钠反应生成氢氧化钠，故C产物中除亚硝酸钠外还含有副产物碳酸钠和氢氧化钠，为避免产生这些副产物，应在B、C装置间增加盛有碱石灰的装置E，碱石灰能够吸收二氧化碳和水蒸气；
故答案为：NaOH；碱石灰；
（6）n（Na₂O₂）=$\frac{3.12g}{78g/mol}$=0.04mol，根据2NO+Na₂O₂=2NaNO₂知，0.04mol过氧化钠反应需要0.08molNO，设参加反应的碳为nmol，根据C+4HNO₃（浓） $\frac{\underline{\;加热\;}}{\;}$CO₂↑+4NO₂↑+2H₂O知生成4nmolNO₂，根据3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO可知4nmolNO₂与水反应生成4nmol×$\frac{2}{3}$=$\frac{8}{3}$nmol硝酸和$\frac{4}{3}$nmolNO，再根据3Cu+8HNO₃=3Cu（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O可知硝酸与铜反应生成的NO为$\frac{8}{3}$nmol×$\frac{2}{8}$=$\frac{2}{3}$nmol，所以$\frac{4}{3}$nmol+$\frac{2}{3}$nmol=2nmol=0.08mol，得n=0.04mol，则C的质量=12g/mol×0.04mol=0.48g，
故答案为：0.48．

点评 本题考查了物质制备实验方案的设计和信息判断，物质性质的理解应用，掌握物质的性质是解题关键，题目难度较大．