Question

【題目】實驗小組探究碳與濃硝酸的反應，進行下表中的實驗：

實驗操作	實驗現象
a.用干燥潔凈的燒杯取約10mL濃硝酸，加熱。	/
b.把小塊燒紅的木炭迅速伸入熱的濃硝酸中。	紅熱的木炭與熱的濃硝酸接觸發生劇烈反應，同時有大量紅棕色氣體產生，液面上木炭迅速燃燒，發出光亮。

（1）能證明濃硝酸表現氧化性的實驗現象是___。

（2）反應產生的熱量會使少量濃硝酸發生分解反應，產生紅棕色氣體、一種無色無味的單質氣體X和水，氣體X的化學式是___。

（3）實驗現象中液面上木炭迅速燃燒，發出光亮。甲同學認為可能是木炭與氣體X反應產生的現象；同學乙猜測NO2可能具有助燃性，木炭能在NO2中燃燒。他們設計了以下實驗驗證猜想。

Ⅰ.制取NO2氣體

①在虛線框內畫出用銅與濃硝酸制取和收集NO2的裝置簡圖___(夾持儀器略)。

②NaOH溶液的作用是處理尾氣，該反應生成兩種物質的量相等的正鹽，反應的化學方程式為___。

Ⅱ.木炭在NO2氣體中燃燒。

實驗操作：在空氣中引燃木炭，使其燃燒并帶有火焰，將帶火焰的木炭伸入盛有NO2氣體的集氣瓶中。

實驗現象：木炭在NO2氣體中持續燃燒，火焰迅速變亮，集氣瓶中氣體顏色變淺直至無色，產生的氣體能使澄清石灰水變渾濁，且遇空氣不變色。

①根據實驗現象寫出碳與NO2氣體反應的化學方程式___。

②分析是否需要增加帶火焰的木炭與純凈的X氣體反應的實驗并說明理由：___。

③由上述實驗推斷“液面上木炭迅速燃燒，發出光亮”的現象產生的原因為：___。

Answer 1

【答案】有大量紅棕色氣體生成 O2 2NO2+2NaOH=NaNO2+NaNO3+H2O 2NO2+2CN2+2CO2 當木炭燃燒時，體系中氧氣濃度低于空氣中氧氣濃度，所以不用補充木炭在純氧中燃燒的實驗 主要是NO2具有助燃性，使木炭燃燒，同時也會發生與氧氣的燃燒反應

【解析】

(1)碳與濃硝酸的反應中，碳被氧化為二氧化碳，濃硝酸中的氮被還原為二氧化氮,據此推斷，濃硝酸被還原為二氧化氮紅棕色氣體；
(2)濃硝酸受熱分解，產生紅棕色氣體應為二氧化氮，根據氧化還原反應的原理可知，氮的化合價降低，則氧的化合價升高,結合產生一種無色無味的單質氣體可知該氣體為氧氣，據此答題；

(3)|①銅與濃硝酸反應為固體和液體的反應，不需要加熱，生成的NO2的能和水反應，密度比空氣大，所以要用向上排空氣法收集，據此可畫出裝置圖;NaOH溶液與NO2反應生成兩種物質的量相等的正鹽為硝酸鈉和亞硝酸鈉，根據氧化還原反應的原理結合元素守恒可寫出化學方程式；

II.①木炭在NO2氣體中燃，結合元素守恒分析，產生的氣體能使澄清石灰水變渾濁則為二氧化碳，另一種無色氣體且遇空氣不變色，則為氮氣;據此寫出化學方程式；
②木炭在NO2氣體中持續燃燒，火焰迅速變亮，本身就能說明碳與NO2氣體能發生反應，另外在反應過程中體系中氧氣濃度低于空氣中氧氣濃度，所以不用補充木炭在純氧中燃燒的實驗，據此答題；
③液面上木炭迅速燃燒，發出光亮，結合后面的對比實驗可以看出，碳主要是和NO2的燃燒反應，也會發生與氧氣的燃燒反應，因為兩種氣體在液面.上方均存在，據此答題。

（1）碳與濃硝酸的反應中，碳被氧化為二氧化碳，濃硝酸中的氮被還原為二氧化氮，能證明濃硝酸表現氧化性的實驗現象是，有大量紅棕色氣體生成，故答案為：有大量紅棕色氣體生成；

（2）濃硝酸受熱分解，產生紅棕色氣體應為二氧化氮，根據氧化還原反應的原理可知，氮的化合價降低，則氧的化合價升高，結合產生一種無色無味的單質氣體可知該氣體為氧氣，故答案為：O2；

(3)Ⅰ銅與濃硝酸反應為固體和液體的反應，不需要加熱，生成的NO2的能和水反應，密度比空氣大，所以要用向上排空氣法收集，據此可畫出裝置圖為，NaOH溶液的作用是吸收多余的NO2，NaOH溶液與NO2反應生成兩種物質的量相等的正鹽硝酸鈉和亞硝酸鈉，根據氧化還原反應的原理結合元素守恒可寫出化學方程式為：2NO2+2NaOH=NaNO2+NaNO3+H2O；

故答案為：；2NO2+2NaOH=NaNO2+NaNO3+H2O；

Ⅱ木炭在NO2氣體中燃，結合元素守恒分析，產生的氣體能使澄清石灰水變渾濁則為二氧化碳，另一種無色氣體且遇空氣不變色，則為氮氣；據此寫出化學方程式為：2NO2+2CN2+2CO2，故答案為：2NO2+2CN2+2CO2；

因為在反應過程中體系中有NO2氣體存在，所以氧氣濃度低于空氣中氧氣濃度，所以不用補充木炭在純氧中燃燒的實驗，

故答案為：當木炭燃燒時，體系中氧氣濃度低于空氣中氧氣濃度，所以不用補充木炭在純氧中燃燒的實驗；

液面上木炭迅速燃燒，發出光亮，結合后面的對比實驗可以看出，碳主要是和NO2的燃燒反應，也會發生與氧氣的燃燒反應，因為兩種氣體在液面上方均存在，

故答案為：主要是NO2具有助燃性，使木炭燃燒，同時也會發生與氧氣的燃燒反應。