Question

（15分）
某研究小組想研究碳與濃硝酸的反應。其實驗過程如下。

操作	現象
a．用干燥潔凈的燒杯取約10 mL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）熱的濃硝酸與紅熱的木炭接觸會發生多個化學反應。
① 碳與濃硝酸的反應，說明濃硝酸具有     性。
② 反應產生的熱量會使少量濃硝酸受熱分解，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     。
（2）實驗現象中液面上木炭迅速燃燒，發出光亮。同學甲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。
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)。

② NaOH溶液的作用是吸收多余的NO₂，該反應生成兩種物質的量相等的正鹽，寫出反應的化學方程式     。
Ⅱ.探究實驗。
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 試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      。
③ 通過實驗探究，你認為甲、乙同學的預測是否合理，請簡述理由     。

Answer 1

（15分，畫圖3分，其他每空2分）
（1）① 強氧化性 ② O₂
（2）Ⅰ①

兩處導氣管進出長短對各1分，漏斗對1分）
② 2NO₂ + 2NaOH  NaNO₂ + NaNO₃ + H₂O（物質1分，配平1分）
Ⅱ① 2NO₂ + 2C點燃 N₂ + 2CO₂（物質1分，配平1分）
② 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。（按要求給分）
③ 主要是和NO₂的燃燒反應，也會發生與氧氣的燃燒反應，因為兩種氣體均存在。（按要求給分）

解析試題分析：（1）①碳與濃硝酸的反應，說明濃硝酸具有強氧化性；
② 根據氧化還原反應中元素的化合價有升有降的原則，紅棕色氣體是二氧化氮，N元素的化合價降低，而H元素的化合價已是最高，不能再升，所以只能是O元素的化合價升高，因此，無色氣體X是O₂；
（2）Ⅰ①銅與濃硝酸制取二氧化氮不需加熱，用燒瓶和分液漏斗即可，二氧化氮的密度大于空氣，所以用向上排氣法收集NO₂，導氣管長進短出，裝置如圖

②NaOH溶液的作用是吸收多余的NO₂，該反應生成兩種物質的量相等的正鹽，則兩種鹽分別是硝酸鈉和亞硝酸鈉，化學方程式為2NO₂ + 2NaOH  NaNO₂ + NaNO₃ + H₂O；
Ⅱ. ①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，說明碳與NO₂氣體反應生成二氧化碳和無色氣體氮氣，化學方程式為
2NO₂ + 2C點燃 N₂ + 2CO₂
②當木炭燃燒時，體系中氧氣濃度肯定低于空氣中氧氣濃度，實驗現象說明火焰迅速變亮，不是碳與氧氣反應的結果，所以不用補充木炭在純氧中燃燒的實驗。
③木炭所處的環境是二氧化氮的濃度大于氧氣的濃度，所以出現火焰迅速變亮的現象主要是木炭和NO₂的燃燒反應，也會發生與氧氣的燃燒反應，因為兩種氣體均存在。
考點：考查對實驗現象的分析能力，給定條件的化學方程式的判斷與書寫，裝置圖的設計，物質性質的判斷