Question

某同学为研究硝酸与镁的反应，进行图示实验，实验现象及相关数据如下：（a）A中为一定浓度的硝酸与Mg片发生反应，生成的气体通过B后，在B中只生成一种盐，剩余气体遇空气不变色，其体积为原体积的一半．（b）从C进入D中的气体有两种，且体积比为1：1．（c）将D加热一段时间后，E中干燥的红色石蕊试纸逐渐恋蓝．（设实验前，装置中的空气已排尽；气体的体积均在同温同压下测定）
已知：2NO₂+2NaOH═NaNO₃+NaNO₂+H₂O，NO₂+NO+2NaOH═2NaNO₂+H₂O，且水蒸气的体积忽略不计，实验中的液体药品均过量．请回答：

（1）硝酸与Mg片反应生成的气体成分是______（用化学式表示）．
（2）硝酸在装置A的反应中所表现的性质有______．
（3）写出D中发生反应的化学方程式______．
（4）若向反应后的A中加入足量的NaOH固体，使产生的气体全部逸出，其体积为硝酸与Mg片反应生成的气体体积的（同温同压），写出符合上述实验事实的硝酸与Mg片反应的离子方程式______．

Answer 1

解：NO₂气体与NaOH溶液反应的化学方程式为2NO₂+2NaOH=NaNO₃+NaNO₂+H₂O，NO与NaOH溶液不反应，但有NO₂，发生反应NO₂+NO+2NaOH=2NaNO₂+H₂O，A产生的气体通入B中，在B中只生成一种盐，剩余气体遇空气不变色，说明A产生的气体中有NO和NO₂两种气体且两者的比例为1：1；结合（c）可知D中生成的气体是NH₃，同时有水生成，反推知由N₂和H₂合成，即进入D中的气体为N₂和H₂，二者体积之比为1：1，二者体积之和等于NO和NO₂两种气体的体积之和，故Mg和HNO₃反应生成的气体有NO、NO₂、N₂、H₂4种，且物质的量相等，
向反应后的A中加入足量的NaOH固体，使产生的气体全部逸出，该气体为氨气，说明HNO₃的还原产物中还存在NH₄⁺，氨气体积为硝酸与Mg片反应生成的气体体积的（同温同压），NH₄⁺物质的量和每一种气体的物质的量相等，
（1）由上述分析可知，硝酸与Mg片反应生成的气体成分是NO、NO₂、N₂、H₂，
故答案为：NO、NO₂、N₂、H₂；
（2）反应中硝酸中氮元素在产物中存在与硝酸镁、硝酸铵、NO、NO₂、N₂中，N元素化合价表示为变化，部分解答，故反应中硝酸起酸性、氧化剂作用，
故答案为：酸性、氧化剂；
（3）由上述分析可知，D中生成NH₃，同时有水生成，反应方程式为：N₂+3H₂2NH₃、3H₂+Fe₂O₃2Fe+3H₂O，
故答案为：N₂+3H₂2NH₃、3H₂+Fe₂O₃2Fe+3H₂O；
（4）向反应后的A中加入足量的NaOH固体，使产生的气体全部逸出，该气体为氨气，说明HNO₃的还原产物中还存在NH₄⁺，氨气体积为硝酸与Mg片反应生成的气体体积的（同温同压），NH₄⁺物质的量和每一种气体的物质的量相等，配平后反应离子方程式为：12Mg+30H⁺+5NO₃^-=12Mg²⁺+NH₄⁺+NO₂↑+NO↑+N₂↑+H₂↑+12H₂O，
故答案为：12Mg+30H⁺+5NO₃^-=12Mg²⁺+NH₄⁺+NO₂↑+NO↑+N₂↑+H₂↑+12H₂O．
分析：NO₂气体与NaOH溶液反应的化学方程式为2NO₂+2NaOH=NaNO₃+NaNO₂+H₂O，NO与NaOH溶液不反应，但有NO₂，发生反应NO₂+NO+2NaOH=2NaNO₂+H₂O，A产生的气体通入B中，在B中只生成一种盐，剩余气体遇空气不变色，说明A产生的气体中有NO和NO₂两种气体且两者的比例为1：1；结合（c）可知D中生成的气体是NH₃，同时有水生成，反推知由N₂和H₂合成，即进入D中的气体为N₂和H₂，二者体积之比为1：1，二者体积之和等于NO和NO₂两种气体的体积之和，故Mg和HNO₃反应生成的气体有NO、NO₂、N₂、H₂4种，且物质的量相等．
向反应后的A中加入足量的NaOH固体，使产生的气体全部逸出，该气体为氨气，说明HNO₃的还原产物中还存在NH₄⁺，氨气体积为硝酸与Mg片反应生成的气体体积的（同温同压），NH₄⁺物质的量和每一种气体的物质的量相等，最后可根据得失电子守恒把化学方程式配平，据此解答．
点评：本题以实验形式考查无机物推断，需要学生对信息进行利用，需要学生具有扎实的基础与综合运用能力，对学生的逻辑推理具有较高的要求，本题关键是确定每与硝酸反应的产物确定，难度很大，为易错题目．