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、水和铜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A控制B中导管均匀地产生气泡．则X为氩气，上述操作的作用是防止生成的NO被O₂氧化；
（2）B装置中反应的化学方程式为3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO↑；
（3）D装置中反应的离子方程式为5NO+3MnO₄^-+4H⁺=3Mn²⁺+5NO₃^-+2H₂O；
（4）预测C中反应开始阶段，固体产物除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；
（5）利用改进后的装置，将4.68g Na₂O₂完全转化成为NaNO₂，理论上至少需要木炭0.72g，为提高NaNO₂的产量，在不改变实验装置的条件下，可在B中加入Cu物质．

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⁺．
（1）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Ar气排净；
（2）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
（3）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；
（4）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；
（5）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，在B中加入还原性物质，如Cu等．

解答 解：（1）利用氩气排尽空气，防止生成的NO被O₂氧化，
故答案为：氩气； 排尽空气，防止生成的NO被O₂氧化；
（2）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，化学方程式为：3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO↑，
故答案为：3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO↑；
（3）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；
（4）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；
（5）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4.68g 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：$\frac{4.68g}{78g/mol}$×12g/mol=0.72g，
在B中加入Cu：3Cu+8HNO₃=3Cu（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O，
故答案为：0.72g，Cu．

点评 本题考查了物质制备实验方案的设计和信息判断，物质性质的理解应用，掌握物质的性质是解题关键，题目难度较大．