Question

某研究小组想研究碳与浓硝酸的反应．其实验过程如下．

操作	现象
a．用干燥洁净的烧杯取约10mL浓硝酸，加热．	/
b．把小块烧红的木炭迅速伸入热的浓硝酸中．	红热的木炭与热的浓硝酸接触发生剧烈反应，同时有大量红棕色气体产生，液面上木炭迅速燃烧，发出光亮．

（1）热的浓硝酸与红热的木炭接触会发生多个化学反应．
①碳与浓硝酸的反应，说明浓硝酸具有

 

性．
②反应产生的热量会使少量浓硝酸受热分解，产生红棕色气体、一种无色无味的单质气体X和水，气体X的化学式是

 

．
（2）实验现象中液面上木炭迅速燃烧，发出光亮．同学甲认为可能是木炭与气体X反应产生的现象；同学乙猜测NO₂可能具有助燃性，木炭能在NO₂中燃烧．他们设计了以下实验．
Ⅰ．制取NO₂气体．
①在虚线框内画出用铜与浓硝酸制取和收集NO₂的装置简图（夹持仪器略）．

②NaOH溶液的作用是吸收多余的NO₂，该反应生成两种物质的量相等的正盐，写出反应的化学方程式

 

．
Ⅱ．探究实验．
实验操作：在空气中引燃木炭，使其燃烧并带有火焰，将带火焰的木炭伸入盛有NO₂气体的集气瓶中．
实验现象：木炭在NO₂气体中持续燃烧，火焰迅速变亮，集气瓶中气体颜色变浅直至无色，产生的气体能使澄清石灰水变浑浊，且遇空气不变色．
①根据实验现象写出碳与NO₂气体反应的化学方程式

 

．
②试分析是否需要增加带火焰的木炭与纯净的X气体反应的实验

 

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③通过实验探究，你认为甲、乙同学的预测是否合理，请简述理由

 

．

Answer 1

考点：性质实验方案的设计

专题：实验设计题

分析：（1）①碳与浓硝酸的反应中，碳被氧化为二氧化碳，浓硝酸中的氮被还原为二氧化氮，据此推断；
②浓硝酸受热分解，产生红棕色气体应为二氧化氮，根据氧化还原反应的原理可知，氮的化合价降低，则氧的化合价升高，结合产生一种无色无味的单质气体可知该气体为氧气，据此答题；
（2）Ⅰ①铜与浓硝酸反应为固体和液体的反应，不需要加热，生成的NO₂的能和水反应，密度比空气大，所以要用向上排空气法收集，据此可画出装置图；
②NaOH溶液与NO₂反应生成两种物质的量相等的正盐为硝酸钠和亚硝酸钠，根据氧化还原反应的原理结合元素守恒可写出化学方程式；
Ⅱ①木炭在NO₂气体中燃，结合元素守恒分析，产生的气体能使澄清石灰水变浑浊则为二氧化碳，另一种无色气体且遇空气不变色，则为氮气；据此写出化学方程式；
②木炭在NO₂气体中持续燃烧，火焰迅速变亮，本身就能说明碳与NO₂气体能发生反应，另外在反应过程中体系中氧气浓度低于空气中氧气浓度，所以不用补充木炭在纯氧中燃烧的实验，据此答题；
③液面上木炭迅速燃烧，发出光亮，结合后面的对比实验可以看出，碳主要是和NO₂的燃烧反应，也会发生与氧气的燃烧反应，因为两种气体在液面上方均存在，据此答题．

解答： 解：（1）①碳与浓硝酸的反应中，碳被氧化为二氧化碳，浓硝酸中的氮被还原为二氧化氮，说明浓硝酸具有强氧化性，故答案为：强氧化性；
②浓硝酸受热分解，产生红棕色气体应为二氧化氮，根据氧化还原反应的原理可知，氮的化合价降低，则氧的化合价升高，结合产生一种无色无味的单质气体可知该气体为氧气，故答案为：O₂；
（2）Ⅰ①铜与浓硝酸反应为固体和液体的反应，不需要加热，生成的NO₂的能和水反应，密度比空气大，所以要用向上排空气法收集，据此可画出装置图为，
故答案为：；

②NaOH溶液与NO₂反应生成两种物质的量相等的正盐为硝酸钠和亚硝酸钠，根据氧化还原反应的原理结合元素守恒可写出化学方程式为：2NO₂+2NaOH═NaNO₂+NaNO₃+H₂O，故答案为：2NO₂+2NaOH═NaNO₂+NaNO₃+H₂O；
Ⅱ①木炭在NO₂气体中燃，结合元素守恒分析，产生的气体能使澄清石灰水变浑浊则为二氧化碳，另一种无色气体且遇空气不变色，则为氮气；据此写出化学方程式为：2NO₂+2C 

点燃  .

 N₂+2CO₂，
故答案为：2NO₂+2C 

点燃  .

 N₂+2CO₂；
②因为在反应过程中体系中有NO₂气体存在，所以氧气浓度低于空气中氧气浓度，所以不用补充木炭在纯氧中燃烧的实验，
故答案为：当木炭燃烧时，体系中氧气浓度低于空气中氧气浓度，所以不用补充木炭在纯氧中燃烧的实验；
③液面上木炭迅速燃烧，发出光亮，结合后面的对比实验可以看出，碳主要是和NO₂的燃烧反应，也会发生与氧气的燃烧反应，因为两种气体在液面上方均存在，
故答案为：主要是和NO₂的燃烧反应，也会发生与氧气的燃烧反应，因为两种气体均存在．

点评：本题主要考查学生分析实验和书写化学方程式的能力，尤其是对实验原理的分析要求较高，要求学生有较高的逻辑推理能力和扎实的实验基本功及作图能力，难度较大．