Question

亞硝酸鈉（NaNO₂）是重要的防腐劑。某化學興趣小組嘗試制備亞硝酸鈉，查閱資料：①HNO₂為弱酸，在酸性溶液中，NO₂^-可將MnO₄^-還原為Mn^2＋且無氣體生成。
②NO不與堿反應，可被酸性KMnO₄溶液氧化為硝酸
探究一 亞硝酸鈉固體的制備
以碳和濃硝酸為起始原料，設計如下裝置利用一氧化氮與過氧化鈉反應制備亞硝酸鈉。（反應方程式為2NO＋Na₂O₂=2NaNO₂，部分夾持裝置和A中加熱裝置已略）

（1）寫出裝置A燒瓶中發生反應的化學方程式                          。
（2）有同學認為裝置C中產物不僅有亞硝酸鈉，還有碳酸鈉和氫氧化鈉，為排除干擾應在B、C裝置間增加裝置E，E中盛放的試劑應是         （填字母）。
A．濃H₂SO₄   B．堿石灰  C．無水CaCl₂
探究二 亞硝酸鈉固體含量的測定及性質驗證
稱取裝置C中反應后的固體4.000g溶于水配成250mL溶液，取25.00mL溶液于錐形瓶中，用0.1000
mol/L酸性KMnO₄溶液進行滴定，實驗所得數據如下表所示：

滴定次數	1	2	3	4
KMnO4溶液體積/mL	20.60	20.02	20.00	19.98

 
（3）第一組實驗數據出現異常，造成這種異常的原因可能是        （填字母）。
A．酸式滴定管用蒸餾水洗凈后未用標準液潤洗
B．錐形瓶洗凈后未干燥
C．滴定終了仰視讀數
（4）根據表中數據，計算所得固體中亞硝酸鈉的質量分數                    。
（5）亞硝酸鈉易溶于水，將0.2mol·L^-1的亞硝酸鈉溶液和0.1mol·L^-1的鹽酸等體積混合，混合后溶液呈酸性，則混合后溶液中離子濃度由大到小的順序為           。
探究三  反應廢液的處理
反應后燒瓶A中仍然存在一定量的硝酸，不能直接排放，用NaOH溶液調成中性，再用電化學降解法進行處理。25℃時，反應進行10min，溶液的pH由7變為12。電化學降解NO₃^-的原理如右圖所示。
（6）電源正極為       （填A或B），陰極反應式為                       。

Answer 1

（1）C +4HNO₃ （濃）CO₂↑+ 4NO₂↑+ 2H₂O （3分） （2）B（2分）
（3）A、C（2分）（4）86.25%（2分） （5）c（Na⁺）＞c（NO₂^-）＞c（Cl^-）＞c（H⁺）＞c（OH^-）（2分）
（6）A （2分）   2NO₃^－ +6H₂O +10e^－＝N₂↑+12OH^－ （3分）

試題分析：（1）濃硝酸既有強氧化性，能把單質碳氧化生成CO₂，而硝酸被還原為NO₂，同時還有水生成，因此裝置A燒瓶中發生反應的化學方程式為C +4HNO₃ （濃）CO₂↑+ 4NO₂↑+ 2H₂O。
（2）A裝置中產生的NO₂和CO₂通入到B裝置中，由于NO₂溶于水生成NO和硝酸，在酸性條件下CO₂的溶解度很小，因此從B裝置中出來的NO氣體中含有CO₂以及水蒸氣，二者與過氧化鈉反應生成碳酸鈉、氫氧化鈉，因此要排出干擾，需要除去CO₂和水蒸氣。濃硫酸和氯化鈣只能吸收水蒸氣，堿石灰既可以吸收水蒸氣，還能吸收CO₂，因此答案選B。
（3）第一組實驗與其它組實驗相比，消耗高錳酸鉀溶液的體積偏多。A、酸式滴定管用蒸餾水洗凈后未用標準液潤洗，則高錳酸鉀溶液的濃度被稀釋，因此消耗高錳酸鉀溶液的體積增加，A正確；B、錐形瓶洗凈后未干燥，不影響測定結果，B不正確；C、滴定終了仰視讀數，則讀數偏大，因此消耗高錳酸鉀溶液的體積偏大，C正確，答案選AC。
（4）根據表中數據可知，三次實驗中消耗高錳酸鉀溶液體積的平均值＝＝20.00ml。在反應中Mn元素的化合價從＋7價降低到＋2價，得到5個電子。N元素的化合價從＋3價升高到＋5價，失去2個電子，因此根據電子得失守恒可知25.00mL待測液中亞硝酸鈉的物質的量＝0.1000
mol/L×0.0200L×＝0.00500mol，則原樣品中亞硝酸鈉的物質的量＝0.00500mol×＝0.0500mol，其質量＝0.0500mol×69g/mol＝3.45g，所以亞硝酸鈉的質量分數＝×100%＝86.25%。
（5）鹽酸的酸性強于亞硝酸的，因此將0.2mol·L^-1的亞硝酸鈉溶液和0.1mol·L^-1的鹽酸等體積混合后生成亞硝酸、氯化鈉，其中亞硝酸鈉過量，且生成的亞硝酸與過量的亞硝酸鈉以及氯化鈉的物質的量濃度均相等，都是0.05mol/L。由于溶液顯酸性，這說明亞硝酸的電離程度大于亞硝酸鈉的水解程度，因此溶液中離子濃度大小關系是c（Na⁺）＞c（NO₂^-）＞c（Cl^-）＞c（H⁺）＞c（OH^-）。
（6）根據電解池可知，硝酸轉化為氮氣，氮元素的化合價降低，硝酸得到電子，被還原，因此Ag－Pt電極是陰極，則B是電源的負極，所以A是電源的正極。又因為25℃時，反應進行10min，溶液的pH由7變為12，這說明反應中有OH^－產生，所以陰極電極反應式為2NO₃^－ +6H₂O +10e^－＝N₂↑+12OH^－。