Question

20．某化学兴趣小组欲探究木炭与浓硝酸能否发生化学反应．
I．[查阅资料]
a．浓硝酸为不稳定性酸，在光照或加热的条件下易分解；
b．四氧化二氮的熔点：-9.3℃，沸点：21℃．
Ⅱ．[实验探究]
（1）甲同学通过图1装置进行实验，实验观察到有红棕色气体产生，于是认为木炭与浓硝酸发生了化学反应．其反应的化学方程式为C+4HNO₃（浓）$\frac{\underline{\;△\;}}{\;}$4NO₂↑+CO₂↑+2H₂O．
（2）乙同学认为红棕色气体不一定是木炭与浓硝酸发生反应产生的，其理由为4HNO₃（浓）$\frac{\underline{\;△\;}}{\;}$4NO₂↑+O₂↑+2H₂O（用化学方程式表示），乙同学认为应该检验CO₂（填化学式）来证明木炭与浓硝酸是否发生了反应，进而设计了如图2所示的实验装置（装置气密性良好）．

（3）①玻璃仪器a的名称为分液漏斗；
②用平衡移动原理解释B装置的作用常温下存在平衡体系：2NO₂?N₂O₄，降低温度N₂O₄液化，平衡右移，从而除去混合气体中的NO₂（结合化学方程式与文字表述）；
③为了排除干扰，丙同学认为应在图2装置A、B之间增加一个装置，你认为下图所示装置合理的是（装置的连接胶管未画出）E、F（填编号）．

Ⅲ．[实验结论]
（4）乙同学观察到C装置中出现的现象是溶液变浑浊（或产生白色沉淀），从而证明了木炭与浓硝酸在加热条件下能发生反应．

Answer 1

分析 （1）浓硝酸具有强氧化性，碳具有还原性，两者发生氧化还原反应生成二氧化碳、二氧化氮和水，根据得失电子守恒和原子守恒书写化学反应方程式；
（2）红棕色气体为二氧化氮气体，浓硝酸不稳定，易分解生成二氧化氮，可能为硝酸的分解生成的二氧化氮，因硝酸分解无二氧化碳生成，而碳和硝酸反应有二氧化碳，所以需检验二氧化碳的存在进行分析；
（3）①根据仪器的构造和常见仪器的名称进行解答；
②根据四氧化二氮的熔点：-9.3℃可知，2NO₂?N₂O₄，正反应为放热反应，温度低，平衡向生成四氧化二氮的方向移动；
③水的熔点为0℃，四氧化二氮的熔点：-9.3℃，为排除干扰，应在图2装置A、B之间增加一个干燥酸性气体的装置；
（4）二氧化碳能和氢氧化钡溶液反应生成难溶性的碳酸钡，证明有二氧化碳存在，从而证明了木炭与浓硝酸在加热条件下能发生反应．

解答 解：（1）浓硝酸具有强氧化性，碳具有还原性，两者发生氧化还原反应，氮从+5降为+4价，碳从0价升为+4价，转移电子数为4，所以硝酸前面系数为4，反应为：C+4HNO₃（浓）$\frac{\underline{\;△\;}}{\;}$4NO₂↑+CO₂↑+2H₂O，
故答案为：C+4HNO₃（浓）$\frac{\underline{\;△\;}}{\;}$4NO₂↑+CO₂↑+2H₂O；
（2）浓硝酸不稳定，加热易分解生成二氧化氮，反应方程式为4HNO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$4NO₂↑+O₂↑+2H₂O，浓硝酸和碳在加热条件下反应也生成二氧化氮，C+4HNO₃（浓）$\frac{\underline{\;△\;}}{\;}$4NO₂↑+CO₂↑+2H₂O，所以对实验造成干扰，所以要想检验浓硝酸和碳反应不能根据是否生成二氧化氮判断，要根据CO₂判断，
故答案为：4HNO₃（浓）$\frac{\underline{\;△\;}}{\;}$4NO₂↑+O₂↑+2H₂O；CO₂；
（3）①玻璃仪器a具有球形特征并带有玻璃活塞，为分液漏斗，
故答案为：分液漏斗；
②根据题给信息知，-9.3℃时四氧化二氮为液体，所以温度越低，二氧化氮越向四氧化二氮方向移动，所以要使用冰水混合物冷却二氧化氮气体，从而将混合气体中的二氧化氮除去，防止干扰二氧化碳的检验，
故答案为：常温下存在平衡体系：2NO₂?N₂O₄，降低温度N₂O₄液化，平衡右移，从而除去混合气体中的NO₂； 
③无论是硝酸分解，还是碳和硝酸反应，产物中都有水，四氧化二氮为酸性气体，水的熔点为0℃，四氧化二氮的熔点：-9.3℃，为排除干扰，应在图2装置A、B之间增加一个干燥酸性气体的装置，E、F符合，
故答案为：E、F；
（4）二氧化碳能和氢氧化钡溶液反应生成难溶性的碳酸钡，所以看到的现象是：C中溶液变浑浊，或产生白色沉淀，证明有二氧化碳存在，从而证明了木炭与浓硝酸在加热条件下能发生反应，
故答案为：溶液变浑浊（或产生白色沉淀）．

点评 本题考查探究木炭与浓硝酸性质实验，为高频考点，把握图中装置的作用、反应原理及实验技能为解答的关键，侧重分析与实验能力的综合考查，题目难度中等．