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20.某化学兴趣小组欲探究木炭与浓硝酸能否发生化学反应.
I.[查阅资料]
a.浓硝酸为不稳定性酸,在光照或加热的条件下易分解;
b.四氧化二氮的熔点:-9.3℃,沸点:21℃.
Ⅱ.[实验探究]
(1)甲同学通过图1装置进行实验,实验观察到有红棕色气体产生,于是认为木炭与浓硝酸发生了化学反应.其反应的化学方程式为C+4HNO3(浓)$\frac{\underline{\;△\;}}{\;}$4NO2↑+CO2↑+2H2O.
(2)乙同学认为红棕色气体不一定是木炭与浓硝酸发生反应产生的,其理由为4HNO3(浓)$\frac{\underline{\;△\;}}{\;}$4NO2↑+O2↑+2H2O(用化学方程式表示),乙同学认为应该检验CO2(填化学式)来证明木炭与浓硝酸是否发生了反应,进而设计了如图2所示的实验装置(装置气密性良好).

(3)①玻璃仪器a的名称为分液漏斗;
②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,从而除去混合气体中的NO2(结合化学方程式与文字表述);
③为了排除干扰,丙同学认为应在图2装置A、B之间增加一个装置,你认为下图所示装置合理的是(装置的连接胶管未画出)E、F(填编号).

Ⅲ.[实验结论]
(4)乙同学观察到C装置中出现的现象是溶液变浑浊(或产生白色沉淀),从而证明了木炭与浓硝酸在加热条件下能发生反应.

分析 (1)浓硝酸具有强氧化性,碳具有还原性,两者发生氧化还原反应生成二氧化碳、二氧化氮和水,根据得失电子守恒和原子守恒书写化学反应方程式;
(2)红棕色气体为二氧化氮气体,浓硝酸不稳定,易分解生成二氧化氮,可能为硝酸的分解生成的二氧化氮,因硝酸分解无二氧化碳生成,而碳和硝酸反应有二氧化碳,所以需检验二氧化碳的存在进行分析;
(3)①根据仪器的构造和常见仪器的名称进行解答;
②根据四氧化二氮的熔点:-9.3℃可知,2NO2?N2O4,正反应为放热反应,温度低,平衡向生成四氧化二氮的方向移动;
③水的熔点为0℃,四氧化二氮的熔点:-9.3℃,为排除干扰,应在图2装置A、B之间增加一个干燥酸性气体的装置;
(4)二氧化碳能和氢氧化钡溶液反应生成难溶性的碳酸钡,证明有二氧化碳存在,从而证明了木炭与浓硝酸在加热条件下能发生反应.

解答 解:(1)浓硝酸具有强氧化性,碳具有还原性,两者发生氧化还原反应,氮从+5降为+4价,碳从0价升为+4价,转移电子数为4,所以硝酸前面系数为4,反应为:C+4HNO3(浓)$\frac{\underline{\;△\;}}{\;}$4NO2↑+CO2↑+2H2O,
故答案为:C+4HNO3(浓)$\frac{\underline{\;△\;}}{\;}$4NO2↑+CO2↑+2H2O;
(2)浓硝酸不稳定,加热易分解生成二氧化氮,反应方程式为4HNO3$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$4NO2↑+O2↑+2H2O,浓硝酸和碳在加热条件下反应也生成二氧化氮,C+4HNO3(浓)$\frac{\underline{\;△\;}}{\;}$4NO2↑+CO2↑+2H2O,所以对实验造成干扰,所以要想检验浓硝酸和碳反应不能根据是否生成二氧化氮判断,要根据CO2判断,
故答案为:4HNO3(浓)$\frac{\underline{\;△\;}}{\;}$4NO2↑+O2↑+2H2O;CO2
(3)①玻璃仪器a具有球形特征并带有玻璃活塞,为分液漏斗,
故答案为:分液漏斗;
②根据题给信息知,-9.3℃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,防止干扰二氧化碳的检验,
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,从而除去混合气体中的NO2; 
③无论是硝酸分解,还是碳和硝酸反应,产物中都有水,四氧化二氮为酸性气体,水的熔点为0℃,四氧化二氮的熔点:-9.3℃,为排除干扰,应在图2装置A、B之间增加一个干燥酸性气体的装置,E、F符合,
故答案为:E、F;
(4)二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,或产生白色沉淀,证明有二氧化碳存在,从而证明了木炭与浓硝酸在加热条件下能发生反应,
故答案为:溶液变浑浊(或产生白色沉淀).

点评 本题考查探究木炭与浓硝酸性质实验,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.

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