题目内容

2．化学实验装置的科学设计是实验是否取得预期效果的关键．请回答下列有关实验装置的相关问题：
Ⅰ．图A为“人教版”教材制备乙酸乙酯的实验装置，某同学甲认为下图B装置进行酯化反应效果比A要好，他的理由是便于冷凝回流，减少反应物损失；
某同学乙经查阅资料认为下图C装置进行酯化反应效果更好，他的理由是既能冷凝回流又能及时分离出反应生成的水，有利于酯的生成．

Ⅱ．某实验小组欲探究碳与浓硝酸反应的情况．甲同学设计了图1装置，认为若有红棕色气体产生就说明碳与浓硝酸发生了反应．
（1）碳与浓硝酸反应的方程式C+4HNO3 （浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$4NO2↑+CO2↑+2H2O．
（2）甲同学的实验应该在通风橱 中进行，才符合化学实验安全性的要求．乙同学认为红棕色气体不一定是碳与浓硝酸发生反应而得，所以他认为甲同学观点是错误的，他的理由是4HNO3$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$4NO2↑+O2↑+2H2O （用化学方程式表示），所以他认为应该检验CO2 （填化学式）的产生来证明碳与浓硝酸反应．为此乙同学查阅相关资料得知“0℃时四氧化二氮为液体”，从而改进了实验装置如图2所示．

（3）为了减少干扰，对于A装置有下面4种操作方案，其中最合理的是（填写数字序号）②．
①将木炭与浓硝酸一同放在装置中加热；②先加热木炭，再将木炭投入冷浓硝酸．
③先加热木炭，再加入冷浓硝酸；      ④先加热浓硝酸，然后将木炭投入其中；
（4）请用平衡移动原理解释B装置的作用B中存在2NO2?N2O4，且反应为放热反应，降低温度，使N2O4液化，平衡会正向进行，除去混合气体中的NO2 （结合方程式与文字表述）．
（5）C装置中出现的现象是C中溶液变浑浊（或产生白色沉淀），经检测C的溶液中还含有少量氮元素，只以NO3-形式存在，写出生成该离子的化学方程式4NO2+O2+4OH-=4NO3-+2H2O．

分析 I．图B装置进行酯化反应效果比A要好，与冷凝管的作用有关；图C装置进行酯化反应效果更好，与冷凝与分离产物使平衡正向移动有关；
Ⅱ．（1）（1）碳与浓硝酸反应生成二氧化碳、二氧化氮和水，二氧化氮有毒；
（2）浓硝酸不稳定，加热易分解；要检验该反应发生则要检验二氧化碳；
（3）浓硝酸不稳定，加热易分解，为防止干扰，应该防止浓硝酸分解；
（4）温度低，平衡向生成四氧化二氮的方向移动；
（5）二氧化碳能和氢氧化钡溶液反应生成难溶性的碳酸钡，二氧化氮、氧气和水反应生成硝酸，硝酸和氢氧化钡发生酸碱中和反应．

解答 解：Ⅰ．图B装置进行酯化反应效果比A要好，是因B中冷凝管便于冷凝回流，减少反应物损失；图C装置进行酯化反应效果更好，是因装置C中既能冷凝回流又能及时分离出反应生成的水，有利于酯的生成，
故答案为：便于冷凝回流，减少反应物损失；既能冷凝回流又能及时分离出反应生成的水，有利于酯的生成；
Ⅱ．（1）碳与浓硝酸反应的方程式为C+4HNO3 （浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$4NO2↑+CO2↑+2H2O，故答案为：C+4HNO3 （浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$4NO2↑+CO2↑+2H2O；
（2）反应中生成有毒气体需要在通风厨中进行，二氧化氮有毒，则甲同学的实验应该在通风橱中进行，才符合化学实验安全性的要求，浓硝酸不稳定，加热易分解生成二氧化氮，浓硝酸和碳在加热条件下反应也生成二氧化氮，所以对实验造成干扰，反应方程式为4HNO3$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$4NO2↑+O2↑+2H2O，所以要想检验浓硝酸和碳反应不能根据是否生成二氧化氮判断，要根据CO2判断，
故答案为：通风橱；4HNO3$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$4NO2↑+O2↑+2H2O；CO2；
（3）浓硝酸不稳定，加热易分解，为防止干扰，应该防止浓硝酸分解，但浓硝酸和碳的反应必须在加热条件下才能发生，所以要先将炭加热，再将碳投入冷的浓硝酸中，故答案为：②；
（4）根据题给信息知，0℃时四氧化二氮为液体，B中存在2NO2?N2O4，且反应为放热反应，所以温度越低，二氧化氮越向四氧化二氮方向移动，所以要使用冰水混合物冷却二氧化氮气体，从而将混合气体中的二氧化氮除去，防止二氧化碳的检验，故答案为：B中存在2NO2?N2O4，且反应为放热反应，降低温度，使N2O4液化，平衡会正向进行，除去混合气体中的NO2；
（5）氧化碳能和氢氧化钡溶液反应生成难溶性的碳酸钡，所以看到的现象是：C中CO2通入Ba（OH）2溶液中，会生成白色沉淀溶液变浑浊，出现白色沉淀证明有CO2，反应方程式为CO2+Ba（OH）2═BaCO3+H2O，因存在2NO2?N2O4平衡，所以C中会存在NO2，3NO2+2H2O═2HNO3+NO，2HNO3+Ba（OH）2═Ba （NO3）2+2 H2O，反应方程式为4NO2+O2+2Ba（OH）2=2Ba（NO3）2+2H2O，总反应的离子方程式为4NO2+O2+4OH-=4NO3-+2H2O．
故答案为：C中溶液变浑浊（或产生白色沉淀）；4NO2+O2+4OH-=4NO3-+2H2O．

点评 本题考查性质实验方案的设计，为高频考点，把握图中装置的作用、反应原理及实验技能为解答的关键，侧重分析与实验能力的综合考查，题目难度中等．

练习册系列答案
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12．只给出下列物理量a和b，不能求出物质的量的是（　　）
选项物理量a物理量b
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B标准状况下的气体摩尔体积标准状况下的气体体积
C固体的体积固体的密度
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A．AB．BC．CD．D

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