Question

4．把小块木炭在酒精灯上烧至红热，迅速投入热的浓硝酸中，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）写出红热木炭被热的浓硝酸氧化为CO₂的化学方程式C+4HNO₃（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+4NO₂↑+2H₂O．
（2）木炭与浓硝酸反应过程中还伴随着浓硝酸的分解，除了产生氧气外，也产生红棕色气体．相同条件下该分解反应产生的氧气与红棕色气体的体积之比为1：4．
（3）某研究性学习小组的同学对“木炭在液面上迅速燃烧发出光亮”的原因做出3个猜想：
猜想一：甲同学认为空气中O₂支持木炭燃烧
猜想二：乙同学认为浓硝酸分解产生的O₂支持木炭燃烧
猜想三：丙同学认为反应产生的NO₂支持木炭燃烧
①根据木炭在空气中燃烧的现象，甲同学的猜想明显不合理，理由是木炭在空气中燃烧，只产生红热现象．
②理论分析乙同学的猜想也不正确，原因是浓硝酸分解产生O₂和NO₂为1：4，按照二者比例，产生的氧气浓度与空气相近．
③要证实丙同学的猜想，还需补充的实验方案是在收集满NO₂的试管中伸进一块带火星的木炭，若木炭立即复燃，反应完成后，加入少量澄清石灰水振荡，产生白色沉淀（浑浊），说明起助燃作用的气体是NO₂（请写出实验操作、现象和结论）．

Answer 1

分析 （1）碳与浓硝酸生成二氧化碳、二氧化氮和水；
（2）浓硝酸的分解，产生氧气和红棕色气体二氧化氮，据此书写方程式可得；
（3）①木炭在氧气中燃烧只有红热现象；
②根据（2）可知浓硝酸分解产生氧气与二氧化氮为1：4，与空气类似，与甲猜想相似；
③丙猜想认为反应产生的NO₂支持木炭燃烧，故按照该想法可以将碳在纯净的NO₂中燃烧，应该生成二氧化碳气体，检验二氧化碳即可．

解答 解：（1）碳与浓硝酸生成二氧化碳、二氧化氮和水，反应方程式为：C+4HNO₃（浓） $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+4NO₂↑+2H₂O；
故答案为：C+4HNO₃（浓） $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+4NO₂↑+2H₂O；
（2）浓硝酸的分解，产生氧气和红棕色气体二氧化氮，反应为：4HNO₃=O₂↑+4NO₂↑+2H₂O，故该分解反应产生的氧气与红棕色气体的体积之比为1：4；
故答案为：1：4；
（3）①木炭在液面上迅速燃烧发出光亮，甲猜想为空气中O₂支持木炭燃烧，木炭在空气中燃烧，只产生红热现象，故该猜想不合理；
故答案为：木炭在空气中燃烧，只产生红热现象；
②根据（2）可知浓硝酸分解产生O₂和NO₂为1：4，按照二者比例，产生的氧气浓度与空气相近，故也应只产生红色现象，乙猜想不合理；
故答案为：浓硝酸分解产生O₂和NO₂为1：4，按照二者比例，产生的氧气浓度与空气相近；
③丙猜想认为反应产生的NO₂支持木炭燃烧，故按照该想法可以将碳在纯净的NO₂中燃烧，应该生成二氧化碳气体，用澄清石灰水检验二氧化碳即可，具体方法为：在收集满NO₂的试管中伸进一块带火星的木炭，若木炭立即复燃，反应完成后，加入少量澄清石灰水振荡，产生白色沉淀（浑浊），说明起助燃作用的气体是NO₂；
故答案为：在收集满NO₂的试管中伸进一块带火星的木炭，若木炭立即复燃，反应完成后，加入少量澄清石灰水振荡，产生白色沉淀（浑浊），说明起助燃作用的气体是NO₂．

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能，注意知识的归纳和梳理是解题的关键，难度较大．