Question

4．化學(xué)實驗裝置的科學(xué)設(shè)計是實驗是否取得預(yù)期效果的關(guān)鍵．
某實驗小組欲探究碳與濃硝酸反應(yīng)的情況．甲同學(xué)設(shè)計了圖1裝置，認(rèn)為若有紅棕色氣體產(chǎn)生就說明碳與濃硝酸發(fā)生了反應(yīng)．

（1）碳與濃硝酸反應(yīng)的方程式C+4HNO₃ （濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$4NO₂↑+CO₂↑+2H₂O，甲同學(xué)的實驗應(yīng)該在通風(fēng)櫥中進(jìn)行，才符合化學(xué)實驗安全性的要求．
（2）乙同學(xué)認(rèn)為紅棕色氣體不一定是碳與濃硝酸發(fā)生反應(yīng)而得，所以他認(rèn)為甲同學(xué)觀點是錯誤的，他的理由是4HNO₃（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$4NO₂↑+O₂↑+2H₂O（用化學(xué)方程式表示），所以他認(rèn)為應(yīng)該檢驗CO₂（填化學(xué)式）的產(chǎn)生來證明碳與濃硝酸反應(yīng)．為此乙同學(xué)查閱相關(guān)資料得知“0℃時四氧化二氮為液體”，從而改進(jìn)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(jié)合方程式與文字表述）．
（4）C裝置中出現(xiàn)的現(xiàn)象是C中溶液變渾濁（或產(chǎn)生白色沉淀），經(jīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)生成難溶性的碳酸鋇，二氧化氮、氧氣和水反應(yīng)生成硝酸，硝酸和氫氧化鋇發(fā)生酸堿中和反應(yīng)．

解答 解：（1）碳與濃硝酸反應(yīng)的方程式為C+4HNO₃ （濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$4NO₂↑+CO₂↑+2H₂O，二氧化氮有毒，則甲同學(xué)的實驗應(yīng)該在通風(fēng)櫥中進(jìn)行，才符合化學(xué)實驗安全性的要求，
故答案為：C+4HNO₃ （濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$4NO₂↑+CO₂↑+2H₂O；通風(fēng)櫥；
（2）濃硝酸不穩(wěn)定，加熱易分解生成二氧化氮，濃硝酸和碳在加熱條件下反應(yīng)也生成二氧化氮，所以對實驗造成干擾，反應(yīng)方程式為4HNO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$4NO₂↑+O₂↑+2H₂O，所以要想檢驗濃硝酸和碳反應(yīng)不能根據(jù)是否生成二氧化氮判斷，要根據(jù)CO₂判斷，
故答案為：4HNO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$4NO₂↑+O₂↑+2H₂O；CO₂；
（3）根據(jù)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(yīng)生成難溶性的碳酸鋇，所以看到的現(xiàn)象是：C中溶液變渾濁，二氧化氮、氧氣和水反應(yīng)生成硝酸，硝酸和氫氧化鋇發(fā)生酸堿中和反應(yīng)，所以溶液呈出現(xiàn)硝酸根離子，反應(yīng)方程式為4NO₂+O₂+2Ba（OH）₂=2Ba（NO₃）₂+2H₂O，離子反應(yīng)為4NO₂+O₂+4OH^-=4NO₃^-+2H₂O，
故答案為：C中溶液變渾濁（或產(chǎn)生白色沉淀）；4NO₂+O₂+4OH^-=4NO₃^-+2H₂O．

點評 本題考查性質(zhì)實驗方案的設(shè)計，為高頻考點，把握圖中裝置的作用、反應(yīng)原理及實驗技能為解答的關(guān)鍵，側(cè)重分析與實驗?zāi)芰Φ木C合考查，題目難度中等．