Question

2．化學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置的科學(xué)設(shè)計(jì)是實(shí)驗(yàn)是否取得預(yù)期效果的關(guān)鍵．請回答下列有關(guān)實(shí)驗(yàn)裝置的相關(guān)問題：
Ⅰ．圖A為“人教版”教材制備乙酸乙酯的實(shí)驗(yàn)裝置，某同學(xué)甲認(rèn)為下圖B裝置進(jìn)行酯化反應(yīng)效果比A要好，他的理由是便于冷凝回流，減少反應(yīng)物損失；
某同學(xué)乙經(jīng)查閱資料認(rèn)為下圖C裝置進(jìn)行酯化反應(yīng)效果更好，他的理由是既能冷凝回流又能及時(shí)分離出反應(yīng)生成的水，有利于酯的生成．

Ⅱ．某實(shí)驗(yàn)小組欲探究碳與濃硝酸反應(yīng)的情況．甲同學(xué)設(shè)計(jì)了圖1裝置，認(rèn)為若有紅棕色氣體產(chǎn)生就說明碳與濃硝酸發(fā)生了反應(yīng)．
（1）碳與濃硝酸反應(yīng)的方程式C+4HNO₃ （濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$4NO₂↑+CO₂↑+2H₂O．
（2）甲同學(xué)的實(shí)驗(yàn)應(yīng)該在通風(fēng)櫥 中進(jìn)行，才符合化學(xué)實(shí)驗(yàn)安全性的要求．乙同學(xué)認(rèn)為紅棕色氣體不一定是碳與濃硝酸發(fā)生反應(yīng)而得，所以他認(rèn)為甲同學(xué)觀點(diǎn)是錯(cuò)誤的，他的理由是4HNO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$4NO₂↑+O₂↑+2H₂O （用化學(xué)方程式表示），所以他認(rèn)為應(yīng)該檢驗(yàn)CO₂ （填化學(xué)式）的產(chǎn)生來證明碳與濃硝酸反應(yīng)．為此乙同學(xué)查閱相關(guān)資料得知“0℃時(shí)四氧化二氮為液體”，從而改進(jìn)了實(shí)驗(yàn)裝置如圖2所示．

（3）為了減少干擾，對于A裝置有下面4種操作方案，其中最合理的是（填寫數(shù)字序號）②．
①將木炭與濃硝酸一同放在裝置中加熱；②先加熱木炭，再將木炭投入冷濃硝酸．
③先加熱木炭，再加入冷濃硝酸；      ④先加熱濃硝酸，然后將木炭投入其中；
（4）請用平衡移動(dòng)原理解釋B裝置的作用B中存在2NO₂?N₂O₄，且反應(yīng)為放熱反應(yīng)，降低溫度，使N₂O₄液化，平衡會(huì)正向進(jìn)行，除去混合氣體中的NO₂ （結(jié)合方程式與文字表述）．
（5）C裝置中出現(xiàn)的現(xiàn)象是C中溶液變渾濁（或產(chǎn)生白色沉淀），經(jīng)檢測C的溶液中還含有少量氮元素，只以NO₃-形式存在，寫出生成該離子的化學(xué)方程式4NO₂+O₂+4OH^-=4NO₃^-+2H₂O．

Answer 1

分析 I．圖B裝置進(jìn)行酯化反應(yīng)效果比A要好，與冷凝管的作用有關(guān)；圖C裝置進(jìn)行酯化反應(yīng)效果更好，與冷凝與分離產(chǎn)物使平衡正向移動(dòng)有關(guān)；
Ⅱ．（1）（1）碳與濃硝酸反應(yīng)生成二氧化碳、二氧化氮和水，二氧化氮有毒；
（2）濃硝酸不穩(wěn)定，加熱易分解；要檢驗(yàn)該反應(yīng)發(fā)生則要檢驗(yàn)二氧化碳；
（3）濃硝酸不穩(wěn)定，加熱易分解，為防止干擾，應(yīng)該防止?jié)庀跛岱纸猓?br />（4）溫度低，平衡向生成四氧化二氮的方向移動(dòng)；
（5）二氧化碳能和氫氧化鋇溶液反應(yīng)生成難溶性的碳酸鋇，二氧化氮、氧氣和水反應(yīng)生成硝酸，硝酸和氫氧化鋇發(fā)生酸堿中和反應(yīng)．

解答 解：Ⅰ．圖B裝置進(jìn)行酯化反應(yīng)效果比A要好，是因B中冷凝管便于冷凝回流，減少反應(yīng)物損失；圖C裝置進(jìn)行酯化反應(yīng)效果更好，是因裝置C中既能冷凝回流又能及時(shí)分離出反應(yīng)生成的水，有利于酯的生成，
故答案為：便于冷凝回流，減少反應(yīng)物損失；既能冷凝回流又能及時(shí)分離出反應(yīng)生成的水，有利于酯的生成；
Ⅱ．（1）碳與濃硝酸反應(yīng)的方程式為C+4HNO₃ （濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$4NO₂↑+CO₂↑+2H₂O，故答案為：C+4HNO₃ （濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$4NO₂↑+CO₂↑+2H₂O；
（2）反應(yīng)中生成有毒氣體需要在通風(fēng)廚中進(jìn)行，二氧化氮有毒，則甲同學(xué)的實(shí)驗(yàn)應(yīng)該在通風(fēng)櫥中進(jìn)行，才符合化學(xué)實(shí)驗(yàn)安全性的要求，濃硝酸不穩(wěn)定，加熱易分解生成二氧化氮，濃硝酸和碳在加熱條件下反應(yīng)也生成二氧化氮，所以對實(shí)驗(yàn)造成干擾，反應(yīng)方程式為4HNO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$4NO₂↑+O₂↑+2H₂O，所以要想檢驗(yàn)濃硝酸和碳反應(yīng)不能根據(jù)是否生成二氧化氮判斷，要根據(jù)CO₂判斷，
故答案為：通風(fēng)櫥；4HNO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$4NO₂↑+O₂↑+2H₂O；CO₂；
（3）濃硝酸不穩(wěn)定，加熱易分解，為防止干擾，應(yīng)該防止?jié)庀跛岱纸�，但濃硝酸和碳的反�?yīng)必須在加熱條件下才能發(fā)生，所以要先將炭加熱，再將碳投入冷的濃硝酸中，故答案為：②；
（4）根據(jù)題給信息知，0℃時(shí)四氧化二氮為液體，B中存在2NO₂?N₂O₄，且反應(yīng)為放熱反應(yīng)，所以溫度越低，二氧化氮越向四氧化二氮方向移動(dòng)，所以要使用冰水混合物冷卻二氧化氮?dú)怏w，從而將混合氣體中的二氧化氮除去，防止二氧化碳的檢驗(yàn)，故答案為：B中存在2NO₂?N₂O₄，且反應(yīng)為放熱反應(yīng)，降低溫度，使N₂O₄液化，平衡會(huì)正向進(jìn)行，除去混合氣體中的NO₂；
（5）氧化碳能和氫氧化鋇溶液反應(yīng)生成難溶性的碳酸鋇，所以看到的現(xiàn)象是：C中CO₂通入Ba（OH）₂溶液中，會(huì)生成白色沉淀溶液變渾濁，出現(xiàn)白色沉淀證明有CO₂，反應(yīng)方程式為CO₂+Ba（OH）₂═BaCO₃+H₂O，因存在2NO₂?N₂O₄平衡，所以C中會(huì)存在NO₂，3NO₂+2H₂O═2HNO₃+NO，2HNO₃+Ba（OH）₂═Ba （NO₃）₂+2 H₂O，反應(yīng)方程式為4NO₂+O₂+2Ba（OH）₂=2Ba（NO₃）₂+2H₂O，總反應(yīng)的離子方程式為4NO₂+O₂+4OH^-=4NO₃-+2H₂O．
故答案為：C中溶液變渾濁（或產(chǎn)生白色沉淀）；4NO₂+O₂+4OH^-=4NO₃^-+2H₂O．

點(diǎn)評 本題考查性質(zhì)實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)，為高頻考點(diǎn)，把握圖中裝置的作用、反應(yīng)原理及實(shí)驗(yàn)技能為解答的關(guān)鍵，側(cè)重分析與實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ木C合考查，題目難度中等．