Question

12．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）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为氮气（或稀有气体），上述操作的作用是排尽空气，防止生成的NO被O₂氧化．
（2）B中观察到的主要现象是红棕色气体消失，铜片溶解，溶液变蓝，导管口有无色气泡冒出．
（3）A中盛装浓HNO₃的仪器名称为分液漏斗，A装置中反应的化学方程式为C+4HNO₃$\frac{\underline{\;△\;}}{\;}$CO₂↑+4NO₂↑+2H₂O．
（4）D装置中反应的离子方程式为3MnO₄^-+5NO+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 A装置为C与HNO₃（浓）反应生成二氧化碳与二氧化氮，二氧化氮在B中与水反应是硝酸，硝酸与Cu反应生成NO，C装置中制备NaNO₂，由于二氧化碳、水蒸气与过氧化钠反应的得到碳酸钠、氢氧化钠，故需要需要除去二氧化碳，并干燥NO气体，可以在B、C之间添加成分碱石灰的装置，反应开始需要排尽装置中的空气，防止氧气将NO氧化．利用酸性高锰酸钾溶液溶液氧化未反应的NO，可以防止污染空气，由题目信息，酸性条件下，NO能与MnO₄^-反应生成NO₃^-和Mn²⁺．

解答 解：（1）生成的NO被O₂氧化，故为防止NO被氧化，实验开始前通入一段时间气体氮气，排尽空气；
故答案为：氮气（或稀有气体）；排尽空气，防止生成的NO被O₂氧化；
（2）二氧化氮在B中与水反应是硝酸，硝酸与Cu反应生成硝酸铜与NO，观察到的现象为：红棕色气体消失，铜片溶解，溶液变蓝，导管口有无色气泡冒出；
故答案为：红棕色气体消失，铜片溶解，溶液变蓝，导管口有无色气泡冒出；
（3）由仪器构造可知A中盛装浓HNO₃的仪器为分液漏斗；C与HNO₃（浓）反应生成二氧化碳与二氧化氮，反应方程式为：C+4HNO₃$\frac{\underline{\;△\;}}{\;}$CO₂↑+4NO₂↑+2H₂O；
故答案为：分液漏斗；C+4HNO₃$\frac{\underline{\;△\;}}{\;}$CO₂↑+4NO₂↑+2H₂O；
（4）由题目信息，酸性条件下，NO能与MnO₄^-反应生成NO₃^-和Mn²⁺，反应离子方程式为：3MnO₄^-+5NO+4H⁺=3Mn²⁺+5NO₃^-+2H₂O；
故答案为：3MnO₄^-+5NO+4H⁺═3Mn²⁺+5NO₃^-+2H₂O；
（5）二氧化碳、水蒸气与过氧化钠反应的得到碳酸钠、氢氧化钠，可以在B、C之间添加成分碱石灰的装置，吸收除去二氧化碳，并干燥NO气体；
故答案为：NaOH；碱石灰；
（6）n（Na₂O₂）=$\frac{3.12g}{78g/mol}$=0.04mol，根据2NO+Na₂O₂=2NaNO₂知，0.04mol过氧化钠反应需要0.08molNO，设参加反应的碳为 nmol，根据C+4HNO₃（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+4NO₂↑+2H₂O知，生成4nmolNO₂，根据3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO，可知4nmolNO₂与水反应生成4nmol×$\frac{2}{3}$=$\frac{8}{3}$nmol硝酸和$\frac{4}{3}$nmolNO，再根据3Cu+8HNO₃=3Cu（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O可知，硝酸与铜反应生成的NO为$\frac{8}{3}$nmol×$\frac{2}{8}$=$\frac{2}{3}$nmol，所以$\frac{4}{3}$nmol+$\frac{2}{3}$nmol=2nmol=0.08mol，可得n=0.04mol，则需要碳的质量=12g/mol×0.04mol=0.48g；
故答案为：0.48g．

点评 本题考查物质制备实验方案的设计，涉及对原理与装置的分析评价、信息获取与迁移运用、化学计算等，（6）中计算为易错点、难点，关键是根据方程式需找B装置中得到NO与碳的物质的量关系．