Question

16．某实验小组欲探究碳与浓硝酸反应的情况．甲同学设计了图1装置，认为若有红棕色气体产生就说明碳与浓硝酸发生了反应．
（1）碳与浓硝酸反应的方程式C+4HNO₃ （浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$4NO₂↑+CO₂↑+2H₂O甲同学的实验应该在通风橱中进行，才符合化学实验安全性的要求．
（2）乙同学认为红棕色气体不一定是碳与浓硝酸发生反应而得，所以他认为甲同学观点是错误的，他的理由是4HNO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$4NO₂↑+O₂↑+2H₂O（用化学方程式表示），所以他认为应该检验CO₂（填化学式）的产生来证明碳与浓硝酸反应．为此乙同学查阅相关资料得知“0℃时四氧化二氮为液体”，从而改进了实验装置如图2所示．
（3）为了减少干扰，对于A装置有下面4种操作方案，其中最合理的是（填写数字序号）②．
①将木炭与浓硝酸一同放在装置中加热；②先加热木炭，再将木炭投入冷浓硝酸．③先加热木炭，再加入冷浓硝酸；④先加热浓硝酸，然后将木炭投入其中；
（4）请用平衡移动原理解释B装置的作用常温下存在平衡体系：2NO₂?N₂O₄，降低温度N₂O₄液化，平衡右移，除去混合气体中的NO₂（结合方程式与文字表述）．
（5）C装置中出现的现象是C中溶液变浑浊（或产生白色沉淀），经检测C的溶液中还含有少量氮元素，只以NO₃^-形式存在，写出生成该离子的化学方程式4NO₂+O₂+4OH^-=4NO₃^-+2H₂O．

Answer 1

分析 （1）碳与浓硝酸反应生成二氧化碳、二氧化氮和水，二氧化氮有毒；
（2）浓硝酸不稳定，加热易分解；要检验该反应发生则要检验二氧化碳；
（3）浓硝酸不稳定，加热易分解，为防止干扰，应该防止浓硝酸分解；
（4）温度低，平衡向生成四氧化二氮的方向移动；
（5）二氧化碳能和氢氧化钡溶液反应生成难溶性的碳酸钡，二氧化氮、氧气和水反应生成硝酸，硝酸和氢氧化钡发生酸碱中和反应．

解答 解：（1）碳与浓硝酸反应的方程式为C+4HNO₃ （浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$4NO₂↑+CO₂↑+2H₂O，二氧化氮有毒，则甲同学的实验应该在通风橱中进行，才符合化学实验安全性的要求，
故答案为：C+4HNO₃ （浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$4NO₂↑+CO₂↑+2H₂O；通风橱；
（2）浓硝酸不稳定，加热易分解生成二氧化氮，浓硝酸和碳在加热条件下反应也生成二氧化氮，所以对实验造成干扰，反应方程式为4HNO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$4NO₂↑+O₂↑+2H₂O，所以要想检验浓硝酸和碳反应不能根据是否生成二氧化氮判断，要根据CO₂判断，
故答案为：4HNO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$4NO₂↑+O₂↑+2H₂O；CO₂；
（3）浓硝酸不稳定，加热易分解，为防止干扰，应该防止浓硝酸分解，但浓硝酸和碳的反应必须在加热条件下才能发生，所以要先将炭加热，再将碳投入冷的浓硝酸中，
故答案为：②；
（4）根据题给信息知，0℃时四氧化二氮为液体，所以温度越低，二氧化氮越向四氧化二氮方向移动，所以要使用冰水混合物冷却二氧化氮气体，从而将混合气体中的二氧化氮除去，防止二氧化碳的检验，
故答案为：常温下存在平衡体系：2NO₂?N₂O₄，降低温度N₂O₄液化，平衡右移，除去混合气体中的NO₂；
（5）氧化碳能和氢氧化钡溶液反应生成难溶性的碳酸钡，所以看到的现象是：C中溶液变浑浊，二氧化氮、氧气和水反应生成硝酸，硝酸和氢氧化钡发生酸碱中和反应，所以溶液呈出现硝酸根离子，反应方程式为4NO₂+O₂+2Ba（OH）₂=2Ba（NO₃）₂+2H₂O，离子反应为4NO₂+O₂+4OH^-=4NO₃^-+2H₂O，
故答案为：C中溶液变浑浊（或产生白色沉淀）；4NO₂+O₂+4OH^-=4NO₃^-+2H₂O．

点评 本题考查性质实验方案的设计，为高频考点，把握图中装置的作用、反应原理及实验技能为解答的关键，侧重分析与实验能力的综合考查，题目难度中等．