Question

17．亞硝酸鈉（NaNO₂）是重要的防腐劑．現(xiàn)以木炭、濃硝酸、水和銅為原料生成的一氧化氮與過氧化鈉反應(yīng)制備亞硝酸鈉的裝置如圖1所示（部分夾持裝置略）．

已知：
①2NO+Na₂O₂→2NaNO₂
②3NaNO₂+3HCl→3NaCl+HNO₃+2NO↑+H₂O
③酸性條件下，NO或NO₂^-都能與MnO₄^-反應(yīng)生成NO₃^-和Mn²⁺
回答下列問題：
（1）寫出濃硝酸與木炭反應(yīng)的化學(xué)方程式C+4HNO₃（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+4NO₂↑+2H₂O；
（2）B中觀察到的主要現(xiàn)象是紅棕色氣體消失，銅片溶解，溶液變藍(lán)，導(dǎo)管口有無色氣泡冒出，D裝置的作用是吸收未反應(yīng)的NO；
（3）檢驗(yàn)C中產(chǎn)物有亞硝酸鈉的方法是取樣，加入稀鹽酸，產(chǎn)生無色氣體，遇到空氣變?yōu)榧t棕色；
（4）經(jīng)檢驗(yàn)C產(chǎn)物中除亞硝酸鈉外還含有副產(chǎn)物碳酸鈉和NaOH，為避免產(chǎn)生這些副產(chǎn)物應(yīng)在B、C裝置間增加裝置E，儀器E的名稱是干燥管，E中盛放的試劑應(yīng)是B（填字母）；
A．濃H₂SO₄        B．堿石灰          C．無水CaCl₂
（5）將1.56g過氧化鈉完全轉(zhuǎn)化成為亞硝酸鈉，理論上至少需要木炭0.24g．
（6）反應(yīng)后燒瓶A中仍然存在一定量的硝酸，不能直接排放，用NaOH溶液調(diào)成中性，再用電化學(xué)降解法進(jìn)行處理，電化學(xué)降解NO₃^-的原理如上圖2所示．25℃時(shí)，反應(yīng)進(jìn)行10min，溶液的pH由7變?yōu)?2．電源正極為A（填A(yù)或B），陰極反應(yīng)式為2NO₃^-+6H₂O+10e^-=N₂↑+12OH^-．

Answer 1

分析 A裝置為C與HNO₃（濃）反應(yīng)生成二氧化碳與二氧化氮，二氧化氮在B中與水反應(yīng)是硝酸，硝酸與Cu反應(yīng)生成NO，C裝置中制備NaNO₂，由于二氧化碳、水蒸氣與過氧化鈉反應(yīng)的得到碳酸鈉、氫氧化鈉，故需要需要除去二氧化碳，并干燥NO氣體，可以在B、C之間添加盛放堿石灰的裝置，反應(yīng)開始需要排盡裝置中的空氣，防止氧氣將NO氧化．利用酸性高錳酸鉀溶液溶液氧化未反應(yīng)的NO，可以防止污染空氣，由題目信息，酸性條件下，NO能與MnO₄^-反應(yīng)生成NO₃^-和Mn²⁺．
（3）利用亞硝酸能與鹽酸反應(yīng)生成NO進(jìn)行檢驗(yàn)；
（5）根據(jù)方程式：C+4HNO₃（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+4NO₂↑+2H₂O，3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO，3Cu+8HNO₃=3Cu（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O，2NO+Na₂O₂═2NaNO₂進(jìn)行計(jì)算，注意需找B裝置中得到NO與C物質(zhì)的量關(guān)系；
（6）由圖可知，Ag-Pt電極發(fā)生還原反應(yīng)，則Ag-Pt電極為陰極，Pt電極為陽極，故A為正極，B為陰極．

解答 解：A裝置為C與HNO₃（濃）反應(yīng)生成二氧化碳與二氧化氮，二氧化氮在B中與水反應(yīng)是硝酸，硝酸與Cu反應(yīng)生成NO，C裝置中制備NaNO₂，由于二氧化碳、水蒸氣與過氧化鈉反應(yīng)的得到碳酸鈉、氫氧化鈉，故需要需要除去二氧化碳，并干燥NO氣體，可以在B、C之間添加盛放堿石灰的裝置，反應(yīng)開始需要排盡裝置中的空氣，防止氧氣將NO氧化．利用酸性高錳酸鉀溶液溶液氧化未反應(yīng)的NO，可以防止污染空氣，驗(yàn)證NO的還原性．
（1）C與HNO₃（濃）反應(yīng)生成二氧化碳與二氧化氮，反應(yīng)方程式為：C+4HNO₃（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+4NO₂↑+2H₂O，
故答案為：C+4HNO₃（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+4NO₂↑+2H₂O；
（2）二氧化氮在B中與水反應(yīng)是硝酸，硝酸與Cu反應(yīng)生成硝酸銅與NO，觀察到的現(xiàn)象為：紅棕色氣體消失，銅片溶解，溶液變藍(lán)，導(dǎo)管口有無色氣泡冒出，
D中酸性高錳酸鉀溶液吸收未反應(yīng)的NO，防止污染空氣，
故答案為：紅棕色氣體消失，銅片溶解，溶液變藍(lán)，導(dǎo)管口有無色氣泡冒出；吸收未反應(yīng)的NO；
（3）亞硝酸能與鹽酸反應(yīng)生成NO，檢驗(yàn)C中產(chǎn)物有亞硝酸鈉的方法是：取樣，加入稀鹽酸，產(chǎn)生無色氣體，遇到空氣變?yōu)榧t棕色，
故答案為：取樣，加入稀鹽酸，產(chǎn)生無色氣體，遇到空氣變?yōu)榧t棕色；
（4）二氧化碳、水蒸氣與過氧化鈉反應(yīng)的得到碳酸鈉、氫氧化鈉，可以在B、C之間添加盛放堿石灰的干燥管，吸收除去二氧化碳，并干燥NO氣體，
故答案為：NaOH；干燥管；B；
（5）n（Na₂O₂）=$\frac{1.56g}{78g/mol}$=0.02mol，根據(jù)2NO+Na₂O₂=2NaNO₂知，0.02mol過氧化鈉反應(yīng)需要0.04molNO，設(shè)參加反應(yīng)的碳為 nmol，根據(jù)C+4HNO₃（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+4NO₂↑+2H₂O知，生成4nmolNO₂，根據(jù)3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO，可知4nmolNO₂與水反應(yīng)生成4nmol×$\frac{2}{3}$=$\frac{8}{3}$nmol硝酸和$\frac{4}{3}$nmolNO，再根據(jù)3Cu+8HNO₃=3Cu（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O可知，硝酸與銅反應(yīng)生成的NO為$\frac{8}{3}$nmol×$\frac{1}{4}$=$\frac{2}{3}$nmol，所以$\frac{4}{3}$nmol+$\frac{2}{3}$nmol=2nmol=0.04mol，可得n=0.02mol，則需要碳的質(zhì)量=12g/mol×0.02mol=0.24g，
故答案為：0.24；
（6）由圖可知，Ag-Pt電極發(fā)生還原反應(yīng)，則Ag-Pt電極為陰極，Pt電極為陽極，故A為正極，B為陰極，陰極電極反應(yīng)式為：2NO₃^-+6H₂O+10e^-=N₂↑+12OH^-，
故答案為：A；2NO₃^-+6H₂O+10e^-=N₂↑+12OH^-．

點(diǎn)評(píng) 本題考查物質(zhì)制備實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)，涉及對(duì)原理與裝置的分析評(píng)價(jià)、信息獲取與遷移運(yùn)用、化學(xué)計(jì)算、電解原理等，（6）中計(jì)算為易錯(cuò)點(diǎn)、難點(diǎn)，關(guān)鍵是根據(jù)方程式需找B裝置中得到NO與碳的物質(zhì)的量關(guān)系．