Question

17．亚硝酸钠（NaNO₂）是重要的防腐剂．现以木炭、浓硝酸、水和铜为原料生成的一氧化氮与过氧化钠反应制备亚硝酸钠的装置如图1所示（部分夹持装置略）．

已知：
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⁺
回答下列问题：
（1）写出浓硝酸与木炭反应的化学方程式C+4HNO₃（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+4NO₂↑+2H₂O；
（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，D装置的作用是吸收未反应的NO；
（3）检验C中产物有亚硝酸钠的方法是取样，加入稀盐酸，产生无色气体，遇到空气变为红棕色；
（4）经检验C产物中除亚硝酸钠外还含有副产物碳酸钠和NaOH，为避免产生这些副产物应在B、C装置间增加装置E，仪器E的名称是干燥管，E中盛放的试剂应是B（填字母）；
A．浓H₂SO₄        B．碱石灰          C．无水CaCl₂
（5）将1.56g过氧化钠完全转化成为亚硝酸钠，理论上至少需要木炭0.24g．
（6）反应后烧瓶A中仍然存在一定量的硝酸，不能直接排放，用NaOH溶液调成中性，再用电化学降解法进行处理，电化学降解NO₃^-的原理如上图2所示．25℃时，反应进行10min，溶液的pH由7变为12．电源正极为A（填A或B），阴极反应式为2NO₃^-+6H₂O+10e^-=N₂↑+12OH^-．

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之间添加盛放碱石灰的装置，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⁺．
（3）利用亚硝酸能与盐酸反应生成NO进行检验；
（5）根据方程式：C+4HNO₃（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+4NO₂↑+2H₂O，3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO，3Cu+8HNO₃=3Cu（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O，2NO+Na₂O₂═2NaNO₂进行计算，注意需找B装置中得到NO与C物质的量关系；
（6）由图可知，Ag-Pt电极发生还原反应，则Ag-Pt电极为阴极，Pt电极为阳极，故A为正极，B为阴极．

解答 解：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之间添加盛放碱石灰的装置，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，验证NO的还原性．
（1）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（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+4NO₂↑+2H₂O，
故答案为：C+4HNO₃（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+4NO₂↑+2H₂O；
（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，
D中酸性高锰酸钾溶液吸收未反应的NO，防止污染空气，
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；吸收未反应的NO；
（3）亚硝酸能与盐酸反应生成NO，检验C中产物有亚硝酸钠的方法是：取样，加入稀盐酸，产生无色气体，遇到空气变为红棕色，
故答案为：取样，加入稀盐酸，产生无色气体，遇到空气变为红棕色；
（4）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之间添加盛放碱石灰的干燥管，吸收除去二氧化碳，并干燥NO气体，
故答案为：NaOH；干燥管；B；
（5）n（Na₂O₂）=$\frac{1.56g}{78g/mol}$=0.02mol，根据2NO+Na₂O₂=2NaNO₂知，0.02mol过氧化钠反应需要0.04molNO，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×$\frac{1}{4}$=$\frac{2}{3}$nmol，所以$\frac{4}{3}$nmol+$\frac{2}{3}$nmol=2nmol=0.04mol，可得n=0.02mol，则需要碳的质量=12g/mol×0.02mol=0.24g，
故答案为：0.24；
（6）由图可知，Ag-Pt电极发生还原反应，则Ag-Pt电极为阴极，Pt电极为阳极，故A为正极，B为阴极，阴极电极反应式为：2NO₃^-+6H₂O+10e^-=N₂↑+12OH^-，
故答案为：A；2NO₃^-+6H₂O+10e^-=N₂↑+12OH^-．

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、电解原理等，（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．