Question

9．亚硝酸钠可大量用于染料和有机合成工业．
请回答下列问题：
（1）亚硝酸钠能氧化酸性条件下的Fe²⁺，同时产生一种活性气体，该气体在空气中迅速变色．写出反应的离子方程式Fe²⁺+NO₂^-+2H⁺=Fe³⁺+NO↑+H₂O．
（2）实验室模拟用如图所示装置通过如下过程制备亚硝酸钠：

已知：（Ⅰ）氧化过程中，控制反应液的温度在35～60℃条件下发生的主要反应：
C₆H₁₂O₆+12HNO₃═3HOOC-COOH+9NO₂↑+3NO↑+9H₂O
（Ⅱ）氢氧化钠溶液吸收NO、NO₂发生如下反应：
NO+NO₂+2NaOH═2NaNO₂+H₂O
2NO₂+2NaOH═NaNO₃+NaNO₂+H₂O
①A中反应温度不宜高于60℃，原因是避免硝酸分解，降低原料利用率．
②不经过任何处理，按此过程进行，氢氧化钠溶液吸收后的溶液中除OH^-外还有两种阴离子，其中一种是NO₂^-，NO₂^-与另一种阴离子的物质的量之比为3：1．
③B装置用于制备NaNO₂，盛装的试剂除NaOH外，还可以是B．
A．NaCl（aq）    B．Na₂CO₃（aq）      C．NaNO₃（aq）
（3）测定产品纯度：
Ⅰ．准确称量ag产品配成100mL溶液；
Ⅱ．从步骤I配制的溶液中移取20.00mL加入锥形瓶中；
Ⅲ．用c mol•L^-1酸性KMnO₄溶液滴定至终点；
Ⅳ．重复以上操作3次，消耗KMnO₄酸性溶液的平均体积为V mL．
①锥形瓶中发生反应的离子方程式为5NO₂^-+2MnO₄-+6H⁺=5NO₃^-+2Mn²⁺+3H₂O．
②滴定至终点的现象为溶液由无色变紫红色且半分钟不褪色．
③产品中NaNO₂的纯度为$\frac{\frac{cV}{1000}mol×\frac{5}{2}×\frac{100mL}{20mL}×69g/mol}{ag}$×100%（写出计算表达式）．
④若滴定终点时俯视读数，则测得的产品中NaNO₂的纯度偏低（填“偏高”、“偏低”或“无影响”）

Answer 1

分析 （1）亚硝酸钠能氧化酸性条件下的Fe²⁺，生成铁离子和一氧化氮，一氧化氮在空气中迅速变色生成二氧化氮，根据电荷守恒和元素守恒可写出反应的离子方程式；
（2）屑的主要成分是纤维素[（C₆H₁₀O₅）_n]，酸溶后得葡萄糖溶液，用葡萄糖还原硝酸得NO和NO₂，用NaOH吸收NO和NO₂，得到NaNO₂；HNO₃不稳定，温度过高发生分解，所以反应温度不宜高于60℃，NaOH溶液呈碱性，可以用碳酸钠溶液代替，据此答题；
（3）测定产品纯度，利用KMnO₄氧化NO₂^-进行滴定计算NaNO₂的含量，反应过程中高锰酸钾溶液的紫色会褪色，当达到滴定终点时，高锰酸钾溶液的紫色就不会褪色，根据电子得失守恒可得关系式2KMnO₄～5NaNO₂，根据KMnO₄的物质的量，可求得NaNO₂的质量，进而确定产品中NaNO₂的纯度，若滴定终点时俯视读数，则读取的KMnO₄溶液的体积偏小，所以计算出的NaNO₂的质量偏小，据此答题．

解答 解：（1）亚硝酸钠能氧化酸性条件下的Fe²⁺，生成铁离子和一氧化氮，一氧化氮在空气中迅速变色生成二氧化氮，反应的离子方程式为Fe²⁺+NO₂^-+2H+=Fe³⁺+NO↑+H₂O，
故答案为：Fe²⁺+NO₂^-+2H⁺=Fe³⁺+NO↑+H₂O；
（2）屑的主要成分是纤维素[（C₆H₁₀O₅）_n]，酸溶后得葡萄糖溶液，用葡萄糖还原硝酸得NO和NO₂，用NaOH吸收NO和NO₂，得到NaNO₂；HNO₃不稳定，温度过高发生分解，所以反应温度不宜高于60℃，溶NaOH液呈碱性，可以用碳酸钠溶液代替，
①根据上面的分析可知，A中有硝酸参加反应，硝酸受热易分解，降低了原料利用率，所以反应温度不宜高于60℃，
故答案为：免硝酸分解，降低原料利用率；
②不经过任何处理，按此过程进行，氢氧化钠溶液吸收后的溶液中除OH^-外还有两种阴离子，其中一种是NO₂^-，另一种为NO₃^-，根据反应C₆H₁₂O₆+12HNO₃═3HOOC-COOH+9NO₂↑+3NO↑+9H₂O可知，得到的NO和NO₂的体积比为1：3，根据反应NO+NO₂+2NaOH═2NaNO₂+H₂O，2NO₂+2NaOH═NaNO₃+NaNO₂+H₂O可得反应NO+3NO₂+4NaOH═3NaNO₂+NaNO₃+2H₂O，所以溶液中NO₂^-与NO₃^-的物质的量之比为3：1，故答案为：3：1；
③NaOH溶液呈碱性，可以用碳酸钠溶液代替，故选B；
（3）测定产品纯度，利用KMnO₄氧化NO₂^-进行滴定计算NaNO₂的含量，反应过程中高锰酸钾溶液的紫色会褪色，当达到滴定终点时，高锰酸钾溶液的紫色就不会褪色，根据电子得失守恒可得关系式2KMnO₄～5NaNO₂，根据KMnO₄的物质的量，可求得NaNO₂的质量，进而确定产品中NaNO₂的纯度，若滴定终点时俯视读数，则读取的KMnO₄溶液的体积偏小，所以计算出的NaNO₂的质量偏小，
①锥形瓶中发生反应为高锰酸钾氧化亚硝酸钠，反应的离子方程式为5NO₂^-+2MnO₄-+6H⁺=5NO₃^-+2Mn²⁺+3H₂O，
故答案为：5NO₂^-+2MnO₄-+6H⁺=5NO₃^-+2Mn²⁺+3H₂O；
②根据上面的分析可知，滴定至终点的现象为溶液由无色变紫红色且半分钟不褪色，
故答案为：溶液由无色变紫红色且半分钟不褪色；
③KMnO₄的物质的量为cV×10^-3 mol，根据反应5NO₂^-+2MnO₄-+6H⁺=5NO₃^-+2Mn²⁺+3H₂O可知，NaNO₂的物质的量为2.5cV×10^-3 mol，所以产品中NaNO₂的纯度为：$\frac{\frac{cV}{1000}mol×\frac{5}{2}×\frac{100mL}{20mL}×69g/mol}{ag}$×100%，故答案为：$\frac{\frac{cV}{1000}mol×\frac{5}{2}×\frac{100mL}{20mL}×69g/mol}{ag}$×100%；
④滴定终点时俯视读数，则读取的KMnO₄溶液的体积偏小，所以计算出的NaNO₂的质量偏小，则测得的产品中NaNO₂的纯度偏小，
故答案为：偏低．

点评 本题考查物质制备实验方案设计与探究，为高频考点，把握制备原理、实验技能为解答的关键，侧重分析与实验能力的考查，题目难度中等．