Question

11．亚硝酸钠（NaNO₂）被称为工业盐，在漂白、电镀等方面应用广泛．以木炭、浓硝酸、水和过氧化钠为原料制备亚硝酸钠的装置如图所示．

已知：室温下，①2NO+Na₂O₂═2NaNO₂；
②3NaNO₂+3HCl═3NaCl+HNO₃+2NO↑+H₂O；
③酸性条件下，NO或NO₂都能与MnO₄^-反应生成NO₃^-和Mn²⁺．
请按要求回答下列问题：
（1）简述检查该装置气密性的方法：关闭弹簧夹和分液漏斗玻璃活塞，D装置导气管插入水中，微热烧瓶若D装置中导气管处冒气泡，定值加热有一段水柱上升证明气密性完全好．
（2）检查完该装置的气密性，装入药品后，实验开始前通入一段时间气体X，然后关闭弹簧夹，再滴加浓硝酸，加热，控制B中导管均匀地产生气泡．则X的化学式为N₂，作用是赶出装置中的空气，避免空气影响物质制备．
（3）A烧瓶中反应的化学方程式为C+4HNO₃（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+4NO₂↑+2H₂O．
（4）D装置中反应的离子方程式为5NO+3MnO₄^-+4H⁺=3Mn²⁺+5NO₃^-+2H₂O．
（5）预测C中反应开始阶段，产物除NaNO₂外，还含有的副产物有Na₂CO₃和NaOH．为避免产生这些副产物，应在B、C装置间增加装置E，则E中盛放的试剂名称为碱石灰．
（6）利用改进后的装置，将3.12g Na₂O₂完全转化成为NaNO₂，理论上至少需要木炭0.48g．

Answer 1

分析 装置A中是浓硝酸和碳加热发生的反应，反应生成二氧化氮和二氧化碳和水，装置B中是A装置生成的二氧化氮和水反应生成硝酸和一氧化氮，硝酸和铜反应生成硝酸铜，一氧化氮和水；通过装置C中的过氧化钠吸收一氧化氮、二氧化碳，最后通过酸性高锰酸钾溶液除去剩余一氧化氮防止污染空气；
（1）依据装置特征利用装置中气体压强变化和水柱变化分析判断装置气密性；
（2）物质制备过程中为避免装置中的空气干扰，需要把装置中的空气通入氮气排净后再进行反应，加热制备亚硝酸钠；
（3）装置A中是浓硝酸和碳加热发生的反应，反应生成二氧化氮和二氧化碳和水；
（4）除去未反应的NO，防止污染空气，酸性条件下高锰酸钾氧化一氧化氮为硝酸盐，本身被还原为锰离子；
（5）因为一氧化氮中混有二氧化碳和水蒸汽，二氧化碳和过氧化钠发生的反应生成碳酸钠和氧气，水与过氧化钠反应生成氢氧化钠；为避免产生这些副产物，应在B、C装置间增加装置E，E中盛放的试剂应碱石灰，用来吸收二氧化碳；
（6）根据①C+4HNO₃（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+4NO₂↑+2H₂O，②3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO，③3Cu+8HNO₃=3Cu（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O，④2NO+Na₂O₂═2NaNO₂，进行计算．

解答 解：（1）连接装置关闭弹簧夹和分液漏斗玻璃活塞，D装置导气管插入水中，微热烧瓶若D装置中导气管处冒气泡，定值加热有一段水柱上升证明气密性完全好；
故答案为：关闭弹簧夹和分液漏斗玻璃活塞，D装置导气管插入水中，微热烧瓶若D装置中导气管处冒气泡，定值加热有一段水柱上升证明气密性完全好；
（2）为避免装置中的空气干扰物质制备，需要把装置中的空气通入氮气排净后再进行反应，加热制备亚硝酸钠，
故答案为：N₂，赶出装置中的空气，避免空气影响物质制备；
（3）装置A中是浓硝酸和碳加热发生的反应，反应生成二氧化氮和二氧化碳和水，反应的化学方程式为：C+4HNO₃（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+4NO₂↑+2H₂O，
故答案为：C+4HNO₃（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+4NO₂↑+2H₂O；
（4）D装置中反应是除去未反应的NO，防止污染空气，反应的离子方程式为：5NO+3MnO₄^-+4H⁺=3Mn²⁺+5NO₃^-+2H₂O，
故答案为：5NO+3MnO₄^-+4H⁺=3Mn²⁺+5NO₃^-+2H₂O；
（5）因为一氧化氮中混有二氧化碳和水蒸汽，二氧化碳和过氧化钠发生的反应生成碳酸钠和氧气，水与过氧化钠反应生成氢氧化钠，故C产物中除亚硝酸钠外还含有副产物碳酸钠和氢氧化钠，为避免产生这些副产物，应在B、C装置间增加装置E，E中盛放的试剂应碱石灰，用来吸收二氧化碳，
故答案为：NaOH；碱石灰；
（6）根据①C+4HNO₃（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+4NO₂↑+2H₂O，
②3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO；
③3Cu+8HNO₃=3Cu（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O
④2NO+Na₂O₂═2NaNO₂，
则有C～4NO₂～$\frac{4}{3}$NO
4NO₂～$\frac{8}{3}$HNO₃～$\frac{2}{3}$NO

C～（$\frac{4}{3}$+$\frac{2}{3}$）=2NO～Na₂O₂～2NaNO₂，
所以3.12g过氧化钠完全转化成为亚硝酸钠，理论上至少需要木炭的质量为$\frac{3.12g}{78g/mol}$×12g/mol=0.48g，
故答案为：0.48．

点评 本题考查了物质制备的实验过程分析判断，制备原理和实验基本操作是解题关键，题目难度中等．