Question

某研究小组想研究碳与浓硝酸的反应。其实验过程如下。

操作	现象
a．用干燥洁净的烧杯取约10 mL浓硝酸，加热。
b．把小块烧红的木炭迅速伸入热的浓硝酸中。	红热的木炭与热的浓硝酸接触发生剧烈反应，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）热的浓硝酸与红热的木炭接触会发生多个化学反应。

① 碳与浓硝酸的反应，说明浓硝酸具有      性。

② 反应产生的热量会使少量浓硝酸受热分解，产生红棕色气体、一种无色无味的单质气体X和水，气体X的化学式是      。

（2）实验现象中液面上木炭迅速燃烧，发出光亮。同学甲认为可能是木炭与气体X反应产生的现象；同学乙猜测NO2可能具有助燃性，木炭能在NO2中燃烧。他们设计了以下实验。

Ⅰ.制取NO2气体。

   ① 在虚线框内画出用铜与浓硝酸制取和收集NO2的装置简图(夹持仪器略)。

 

              ② NaOH溶液的作用是吸收多余的NO2，该反应生成两种物质的量相等的正盐，写出反应的化学方程式      。

Ⅱ.探究实验。

实验操作：在空气中引燃木炭，使其燃烧并带有火焰，将带火焰的木炭伸入盛有NO2气体的集气瓶中。

实验现象：木炭在NO2气体中持续燃烧，火焰迅速变亮，集气瓶中气体颜色变浅直至无色，产生的气体能使澄清石灰水变浑浊，且遇空气不变色。

① 根据实验现象写出碳与NO2气体反应的化学方程式      。

② 试分析是否需要增加带火焰的木炭与纯净的X气体反应的实验       。

③ 通过实验探究，你认为甲、乙同学的预测是否合理，请简述理由      。

Answer 1

答案：（15分，画图3分，其他每空2分）

（1）① 强氧化性  ② O2

（2）Ⅰ①

两处导气管进出长短对各1分，漏斗对1分）

② 2NO2 + 2NaOH  NaNO2 + NaNO3 + H2O（物质1分，配平1分）

Ⅱ① 2NO2 + 2C 点燃 N2 + 2CO2（物质1分，配平1分）

       ② 当木炭燃烧时，体系中氧气浓度低于空气中氧气浓度，所以不用补充木炭在纯氧
          中燃烧的实验。（按要求给分）

      ③ 主要是和NO2的燃烧反应，也会发生与氧气的燃烧反应，因为两种气体均存在。（按要求给分）

解析：（1）碳与浓硝酸的反应可联系实验现象，推测得到的是CO2、NO2、H2O，此过程中，浓硝酸体现出强氧化性。反应过程中浓硝酸受热分解：4HNO34NO2↑+O2↑+2H2O。

（2）实验室制取NO2可用Cu与浓硝酸反应，需固液不加热反应装置，又NO2密度比空气的大，且易与水反应，需用长进短出的向上排空气法收集；NO2有毒，多余的NO2可用NaOH溶液吸收，依题意发生反应：2NO2 + 2NaOH  NaNO2 + NaNO3 + H2O。

Ⅱ.上述实验所得的气体中氧气浓度低于空气中氧气浓度，木炭在NO2气体中持续燃烧，火焰迅速变亮，说明NO2支持燃烧，不需要做木炭在纯氧中燃烧的对比试验。木炭被氧化，得到能使澄清石灰水变浑浊的CO2，NO2体现氧化性，N元素化合价降低，产生的气体遇空气不变色，可推测为N2，方程式为：2NO2 + 2C 点燃 N2 + 2CO2 。由题中实验可知，所得气体主要是NO2，也有O2，在此条件下，甲、乙同学的预测都有可能。