Question

某研究小組想研究碳與濃硝酸的反應．其實驗過程如下．

操作	現(xiàn)象
a．用干燥潔凈的燒杯取約10mL濃硝酸，加熱．	/
b．把小塊燒紅的木炭迅速伸入熱的濃硝酸中．	紅熱的木炭與熱的濃硝酸接觸發(fā)生劇烈反應，同時有大量紅棕色氣體產(chǎn)生，液面上木炭迅速燃燒，發(fā)出光亮．

（1）熱的濃硝酸與紅熱的木炭接觸會發(fā)生多個化學反應．
①碳與濃硝酸的反應，說明濃硝酸具有

 

性．
②反應產(chǎn)生的熱量會使少量濃硝酸受熱分解，產(chǎn)生紅棕色氣體、一種無色無味的單質(zhì)氣體X和水，氣體X的化學式是

 

．
（2）實驗現(xiàn)象中液面上木炭迅速燃燒，發(fā)出光亮．同學甲認為可能是木炭與氣體X反應產(chǎn)生的現(xiàn)象；同學乙猜測NO₂可能具有助燃性，木炭能在NO₂中燃燒．他們設計了以下實驗．
Ⅰ．制取NO₂氣體．
①在虛線框內(nèi)畫出用銅與濃硝酸制取和收集NO₂的裝置簡圖（夾持儀器略）．

②NaOH溶液的作用是吸收多余的NO₂，該反應生成兩種物質(zhì)的量相等的正鹽，寫出反應的化學方程式

 

．
Ⅱ．探究實驗．
實驗操作：在空氣中引燃木炭，使其燃燒并帶有火焰，將帶火焰的木炭伸入盛有NO₂氣體的集氣瓶中．
實驗現(xiàn)象：木炭在NO₂氣體中持續(xù)燃燒，火焰迅速變亮，集氣瓶中氣體顏色變淺直至無色，產(chǎn)生的氣體能使澄清石灰水變渾濁，且遇空氣不變色．
①根據(jù)實驗現(xiàn)象寫出碳與NO₂氣體反應的化學方程式

 

．
②試分析是否需要增加帶火焰的木炭與純凈的X氣體反應的實驗

 

．
③通過實驗探究，你認為甲、乙同學的預測是否合理，請簡述理由

 

．

Answer 1

考點：性質(zhì)實驗方案的設計

專題：實驗設計題

分析：（1）①碳與濃硝酸的反應中，碳被氧化為二氧化碳，濃硝酸中的氮被還原為二氧化氮，據(jù)此推斷；
②濃硝酸受熱分解，產(chǎn)生紅棕色氣體應為二氧化氮，根據(jù)氧化還原反應的原理可知，氮的化合價降低，則氧的化合價升高，結合產(chǎn)生一種無色無味的單質(zhì)氣體可知該氣體為氧氣，據(jù)此答題；
（2）Ⅰ①銅與濃硝酸反應為固體和液體的反應，不需要加熱，生成的NO₂的能和水反應，密度比空氣大，所以要用向上排空氣法收集，據(jù)此可畫出裝置圖；
②NaOH溶液與NO₂反應生成兩種物質(zhì)的量相等的正鹽為硝酸鈉和亞硝酸鈉，根據(jù)氧化還原反應的原理結合元素守恒可寫出化學方程式；
Ⅱ①木炭在NO₂氣體中燃，結合元素守恒分析，產(chǎn)生的氣體能使澄清石灰水變渾濁則為二氧化碳，另一種無色氣體且遇空氣不變色，則為氮氣；據(jù)此寫出化學方程式；
②木炭在NO₂氣體中持續(xù)燃燒，火焰迅速變亮，本身就能說明碳與NO₂氣體能發(fā)生反應，另外在反應過程中體系中氧氣濃度低于空氣中氧氣濃度，所以不用補充木炭在純氧中燃燒的實驗，據(jù)此答題；
③液面上木炭迅速燃燒，發(fā)出光亮，結合后面的對比實驗可以看出，碳主要是和NO₂的燃燒反應，也會發(fā)生與氧氣的燃燒反應，因為兩種氣體在液面上方均存在，據(jù)此答題．

解答： 解：（1）①碳與濃硝酸的反應中，碳被氧化為二氧化碳，濃硝酸中的氮被還原為二氧化氮，說明濃硝酸具有強氧化性，故答案為：強氧化性；
②濃硝酸受熱分解，產(chǎn)生紅棕色氣體應為二氧化氮，根據(jù)氧化還原反應的原理可知，氮的化合價降低，則氧的化合價升高，結合產(chǎn)生一種無色無味的單質(zhì)氣體可知該氣體為氧氣，故答案為：O₂；
（2）Ⅰ①銅與濃硝酸反應為固體和液體的反應，不需要加熱，生成的NO₂的能和水反應，密度比空氣大，所以要用向上排空氣法收集，據(jù)此可畫出裝置圖為，
故答案為：；

②NaOH溶液與NO₂反應生成兩種物質(zhì)的量相等的正鹽為硝酸鈉和亞硝酸鈉，根據(jù)氧化還原反應的原理結合元素守恒可寫出化學方程式為：2NO₂+2NaOH═NaNO₂+NaNO₃+H₂O，故答案為：2NO₂+2NaOH═NaNO₂+NaNO₃+H₂O；
Ⅱ①木炭在NO₂氣體中燃，結合元素守恒分析，產(chǎn)生的氣體能使澄清石灰水變渾濁則為二氧化碳，另一種無色氣體且遇空氣不變色，則為氮氣；據(jù)此寫出化學方程式為：2NO₂+2C 

點燃  .

 N₂+2CO₂，
故答案為：2NO₂+2C 

點燃  .

 N₂+2CO₂；
②因為在反應過程中體系中有NO₂氣體存在，所以氧氣濃度低于空氣中氧氣濃度，所以不用補充木炭在純氧中燃燒的實驗，
故答案為：當木炭燃燒時，體系中氧氣濃度低于空氣中氧氣濃度，所以不用補充木炭在純氧中燃燒的實驗；
③液面上木炭迅速燃燒，發(fā)出光亮，結合后面的對比實驗可以看出，碳主要是和NO₂的燃燒反應，也會發(fā)生與氧氣的燃燒反應，因為兩種氣體在液面上方均存在，
故答案為：主要是和NO₂的燃燒反應，也會發(fā)生與氧氣的燃燒反應，因為兩種氣體均存在．

點評：本題主要考查學生分析實驗和書寫化學方程式的能力，尤其是對實驗原理的分析要求較高，要求學生有較高的邏輯推理能力和扎實的實驗基本功及作圖能力，難度較大．