Question

6．某化學課外活動小組通過實驗研究NO₂的性質．
已知：2NO₂+2NaOH═NaNO₃+NaNO₂+H₂O
任務1：利用如圖1所示裝置探究NO₂能否被NH₃還原（K₁、K₂為止水夾，夾持固定裝置略去）．
（1）E裝置中制取NO₂反應的離子方程式是Cu+4H⁺+2NO₃^-═Cu²⁺+2NO₂↑+2H₂O，
（2）A裝置中化學反應方程式為2NH₄Cl+Ca（OH）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2NH₃↑+CaCl₂+2H₂O，X物質為堿石灰．
（3）若NO₂能夠被NH₃還原，預期觀察到C裝置中的現(xiàn)象是C裝置中混合氣體顏色變淺．
（4）實驗過程中，未能觀察到C裝置中的預期現(xiàn)象．該小組同學從反應原理的角度分析了原因，認為可能是：
①NH₃還原性較弱，不能將NO₂還原；②在此條件下，NO₂的轉化率極低；③在此條件下，該反應的化學反應速率極慢．
（5）此實驗裝置存在一個明顯的缺陷是缺少尾氣吸收裝置．
任務2：探究NO₂能否與Na₂O₂發(fā)生氧化還原反應．
（6）實驗前，該小組同學提出三種假設．
假設1：二者不反應；
假設2：NO₂能被Na₂O₂氧化；
假設3：NO₂能被Na₂O₂還原．
（7）為了驗證假設2，該小組同學選用任務1中的B、D、E裝置，將B中的藥品更換為Na₂O₂，另選F裝置（如圖2所示），重新組裝，進行實驗．
①裝置的合理連接順序是（某些裝置可以重復使用）EDBDF或EDBF．
②實驗過程中，B裝置中淡黃色粉末逐漸變成白色．經(jīng)檢驗，該白色物質為純凈物，且其他物質生成．推測B裝置中反應的化學方程式為2NO₂+Na₂O₂═2NaNO₃．

Answer 1

分析 （1）濃硝酸和銅反應生成硝酸銅、二氧化氮和水；
（2）A裝置是利用大試管加熱反應制備氨氣，化學反應是固體氯化銨和氫氧化鈣混合加熱反應得到氨氣，氨氣是堿性氣體，應用堿石灰干燥；
（3）若NO₂能夠被NH₃還原，則混合氣體的顏色將變淺；
（4）實驗過程中，未能觀察到C裝置中的預期現(xiàn)象，說明二氧化氮反應的量很少，可能是反應速率降低，或者二氧化氮的轉化率較低；
（5）有毒氣體不能直接排放到空氣中，需要增加吸收裝置防止污染空氣；
（6）假設1：二者不反應；假設2：NO₂能被Na₂O₂氧化；假設3可能是NO₂能被Na₂O₂還原；
（7）①驗證假設2，首先要制取二氧化氮，因為水能和過氧化鈉反應，所以要除去水的干擾，使二氧化氮氣體通過過氧化鈉，最后要進行尾氣處理；
②過氧化鈉變成白色固體且為純凈物，根據(jù)氧化還原反應中元素化合價的變化確定生成物，過氧化鈉作氧化劑，則二氧化氮中氮元素失電子化合價升高而作還原劑，所以氮元素只能轉化為+5價，且生成物是純凈物，所以是硝酸鈉．

解答 解：（1）濃硝酸和銅反應生成硝酸銅、二氧化氮和水，反應方程式為：Cu+4HNO₃ （濃）═Cu（NO₃）₂+2NO₂↑+2H₂O，離子方程式為：Cu+4H⁺+2NO₃^-═Cu²⁺+2NO₂↑+2H₂O；
故答案為：Cu+4H⁺+2NO₃^-═Cu²⁺+2NO₂↑+2H₂O；
（2）A裝置是利用大試管加熱反應制備氨氣，化學反應是固體氯化銨和氫氧化鈣混合加熱反應得到氨氣，反應的化學方程式為：2NH₄Cl+Ca（OH）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2NH₃↑+CaCl₂+2H₂O，氨氣是堿性氣體，應用堿石灰干燥，所以X中試劑為堿石灰；
故答案為：2NH₄Cl+Ca（OH）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2NH₃↑+CaCl₂+2H₂O，堿石灰；
（3）二氧化氮是紅棕色氣體，如果能被氨氣還原，二氧化氮濃度減小生成無色氣體氮氣，則C裝置中混合氣體顏色變淺；
故答案為：C裝置中混合氣體顏色變淺；
（4）造成未能觀察到C裝置中的預期現(xiàn)象可能原因是：在此條件下，該反應的化學反應速率極慢或NO₂的轉化率極低導致反應現(xiàn)象變化不明顯；
故答案為：在此條件下，該反應的化學反應速率極慢；
（5）二氧化氮是有毒氣體，氨氣是有刺激性氣味的氣體，所以都不能直接排空，要進行尾氣處理才能排空，
故答案為：缺少尾氣吸收裝置；
（6）探究NO₂能否與Na₂O₂發(fā)生氧化還原反應，依據(jù)假設1和假設2分析，利用的原理是氧化還原反應，所以假設3應是NO₂可能被Na₂O₂還原；
故答案為：NO₂能被Na₂O₂還原；
（7）①驗證假設2，首先要用E裝置制取二氧化氮，因為制取的二氧化氮氣體中含有水蒸氣，水能和過氧化鈉反應而造成干擾，所以要用D裝置除去水蒸氣，然后較純凈的二氧化氮通過B裝置，未反應的二氧化氮有毒不能直接排空，所以最后要進行尾氣處理，選用F裝置處理尾氣，所以裝置的合理連接順序是EDBDF或EDBF，
故答案為：EDBDF或EDBF；
②B裝置中淡黃色粉末逐漸變成白色．經(jīng)檢驗，該白色物質為純凈物，且無其他物質生成，過氧化鈉作氧化劑，則二氧化氮中氮元素失電子化合價升高而作還原劑，所以氮元素只能轉化為+5價，且生成物是純凈物，所以是硝酸鈉，反應方程式為2NO₂+Na₂O₂═2NaNO₃；
故答案為2NO₂+Na₂O₂═2NaNO₃．

點評 本題考查了探究二氧化氮性質的實驗，根據(jù)元素的化合價來預測物質具有的性質，然后根據(jù)實驗現(xiàn)象判斷物質具有的性質，難度較大．