Question

19．某课外活动小组设计了下列实验，装置如图甲所示（加热装置和固定装置均已略去）．图中K为止水夹（处于关闭状态），F是一半空的注射器．
实验目的：探究铜与稀硝酸反应产生的气体主要是NO
信息资料：已知NO是一种无色气体，在常温下能迅速与O₂反应生成NO₂，NO₂是一种红棕色的气体，密度比空气大，能与水反应生成HNO₂溶液和NO气体，NO和NO₂都是大气污染物．
请回答有关问题：
（1）设计装置A的目的是产生CO₂，赶走装置中的空气，防止因NO与O₂反应生成NO₂而产生产生干扰；为达到此目的，应进行的操作是打开K，其二打开分液漏斗活塞，当装置C中产生白色沉淀时，关闭K．
（2）在完成（1）中的“操作”后，将装置B中铜丝插入稀硝酸，并微热之，B中反应的化学方程式为3Cu+8HNO₃═3Cu（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O．根据已知条件回答问题：
①观察到装置B中的现象是气泡冒出和溶液变为蓝色；
②在该反应中，“8HNO₃”中共有8个氮原子，其中有2个氮原子的化合价发生了改变．
（3）装置E和F的作用是验证NO的生成；为实现此作用，其操作方法是将注射器中的空气推入E中，若气体变为红棕色则说明生成了NO．
（4）装置D的作用是吸收多余的氮氧化物，防止污染空气，兼有吸收多余的氮的氧化物，防止污染空气，防止倒吸．的功能．
拓展延伸：上述实验过程中涉及到的NO和NO₂都是氮元素形成的重要氧化物．根据信息资料写出NO₂与水反应的化学方程式3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO．
结合电解水实验，化学方程式中的计量数和实验现象间存在某种微妙的关系，请你思考：将充满NO₂气体的试管倒立于水槽中（如图乙），你会观察到试管内上升一段液柱，试管里红棕色气体变为无色现象．

Answer 1

分析 由实验装置及流程可知，A中发生硝酸与碳酸钙的反应生成二氧化碳，因烧瓶中有空气，则生成的NO能与氧气反应生成二氧化氮，利用A装置反应生成的二氧化碳气体赶净装置中的空气避免对一氧化氮气体检验的干扰；B中发生Cu与硝酸的反应生成NO、硝酸铜，E中收集到无色气体NO，利用F充入空气，可检验NO的生成；C装置可检验二氧化碳充满B、E装置；D装置为尾气处理装置，吸收氮的氧化物，防止污染空气，以此来解答．根据化学方程式前后气体的体积变化可知试管内部压强变化，由压强变化可以推测液面变化情况；

解答 解：（1）因烧瓶中有空气，则生成的NO能与氧气反应生成二氧化氮，利用A装置反应生成的二氧化碳气体赶净装置中的空气避免对一氧化氮气体检验的干扰；为达到此目的，打开K，将CO₂气体通入至C中产生白色沉淀时，关闭K；
（2）①因铜与稀硝酸反应生成硝酸铜、NO和水，B中反应的化学方程式为3Cu+8HNO_3（碱）═3Cu（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O，观察到气泡冒出和溶液变为蓝色；
②其离子反应为3Cu+2NO₃^-+8H⁺═3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O，在该反应中，“8HNO₃”中共有8个氮原子，其中有2个氮原子的化合价发生了改变．
（3）将F中的空气推入E中，发生2NO+O₂=2NO₂，E中无色气体变为红棕色，证明NO存在，则装置E和F的作用是验证NO的生成，
故答案为：验证NO的生成；将注射器中的空气推入E中，若气体变为红棕色则说明生成了NO；
（4）NO、NO₂都有毒，能污染环境，氮的氧化物能被NaOH溶液吸收，则装置D的作用为吸收多余的氮氧化物，防止污染空气，用干燥管连接可以防止倒吸；
由反应物和生成物正确书写化学方程式，故答案为：3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO；
由反应的化学方程式可知，当有3体积的二氧化氮气体时，与水反应后生成的一氧化氮气体是1体积，并且试管中的二氧化氮消失，生成无色的一氧化氮气体，故填：试管内上升一段液柱，试管里红棕色气体变为无色；
答案：
（1）产生CO₂，赶走装置中的空气，防止因NO与O₂反应生成NO₂而产生产生干扰；白色沉淀；
（2）
①气泡冒出和溶液变为蓝色；
②8；2；
（3）验证NO的生成；将注射器中的空气推入E中，若气体变为红棕色则说明生成了NO；
（4）吸收多余的氮的氧化物，防止污染空气，防止倒吸；3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO；试管内上升一段液柱，试管里红棕色气体变为无色．

点评 本题考查性质实验方案的设计，把握实验装置的作用、发生的反应及NO易被氧化为解答的关键，侧重分析能力与实验能力的综合考查，题目难度中等．