Question

4．化學實驗裝置的科學設計是實驗是否取得預期效果的關鍵．
某實驗小組欲探究碳與濃硝酸反應的情況．甲同學設計了圖1裝置，認為若有紅棕色氣體產生就說明碳與濃硝酸發(fā)生了反應．

（1）碳與濃硝酸反應的方程式C+4HNO₃ （濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$4NO₂↑+CO₂↑+2H₂O，甲同學的實驗應該在通風櫥中進行，才符合化學實驗安全性的要求．
（2）乙同學認為紅棕色氣體不一定是碳與濃硝酸發(fā)生反應而得，所以他認為甲同學觀點是錯誤的，他的理由是4HNO₃（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$4NO₂↑+O₂↑+2H₂O（用化學方程式表示），所以他認為應該檢驗CO₂（填化學式）的產生來證明碳與濃硝酸反應．為此乙同學查閱相關資料得知“0℃時四氧化二氮為液體”，從而改進了實驗裝置如圖2所示．
（3）請用平衡移動原理解釋B裝置的作用常溫下存在平衡體系：2NO₂?N₂O₄，降低溫度N₂O₄液化，平衡右移，除去混合氣體中的NO₂（結合方程式與文字表述）．
（4）C裝置中出現的現象是C中溶液變渾濁（或產生白色沉淀），經檢測C的溶液中還含有少量氮元素，只以NO₃^-形式存在，寫出生成該離子的離子方程式4NO₂+O₂+4OH^-=4NO₃^-+2H₂O．

Answer 1

分析 （1）碳與濃硝酸反應生成二氧化碳、二氧化氮和水，二氧化氮有毒；
（2）濃硝酸不穩(wěn)定，加熱易分解；要檢驗該反應發(fā)生則要檢驗二氧化碳；
（3）溫度低，平衡向生成四氧化二氮的方向移動；
（4）二氧化碳能和氫氧化鋇溶液反應生成難溶性的碳酸鋇，二氧化氮、氧氣和水反應生成硝酸，硝酸和氫氧化鋇發(fā)生酸堿中和反應．

解答 解：（1）碳與濃硝酸反應的方程式為C+4HNO₃ （濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$4NO₂↑+CO₂↑+2H₂O，二氧化氮有毒，則甲同學的實驗應該在通風櫥中進行，才符合化學實驗安全性的要求，
故答案為：C+4HNO₃ （濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$4NO₂↑+CO₂↑+2H₂O；通風櫥；
（2）濃硝酸不穩(wěn)定，加熱易分解生成二氧化氮，濃硝酸和碳在加熱條件下反應也生成二氧化氮，所以對實驗造成干擾，反應方程式為4HNO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$4NO₂↑+O₂↑+2H₂O，所以要想檢驗濃硝酸和碳反應不能根據是否生成二氧化氮判斷，要根據CO₂判斷，
故答案為：4HNO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$4NO₂↑+O₂↑+2H₂O；CO₂；
（3）根據題給信息知，0℃時四氧化二氮為液體，所以溫度越低，二氧化氮越向四氧化二氮方向移動，所以要使用冰水混合物冷卻二氧化氮氣體，從而將混合氣體中的二氧化氮除去，防止二氧化碳的檢驗，
故答案為：常溫下存在平衡體系：2NO₂?N₂O₄，降低溫度N₂O₄液化，平衡右移，除去混合氣體中的NO₂；
（4）氧化碳能和氫氧化鋇溶液反應生成難溶性的碳酸鋇，所以看到的現象是：C中溶液變渾濁，二氧化氮、氧氣和水反應生成硝酸，硝酸和氫氧化鋇發(fā)生酸堿中和反應，所以溶液呈出現硝酸根離子，反應方程式為4NO₂+O₂+2Ba（OH）₂=2Ba（NO₃）₂+2H₂O，離子反應為4NO₂+O₂+4OH^-=4NO₃^-+2H₂O，
故答案為：C中溶液變渾濁（或產生白色沉淀）；4NO₂+O₂+4OH^-=4NO₃^-+2H₂O．

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．