Question

（15分）Ⅰ．目前我国锅炉烟气脱硝技术有新发现，科学家对O₃氧化烟气脱硝同时制硝酸进行了实验研究，其生产硝酸的机理如下：

回答下列问题：

（1）NO₃分子内存在两个过氧键，且氧均满足8电子稳定结构，请写出NO₃中N的化合价______；NO₃极不稳定，常温下即可爆炸分解，试从电子成键角度解释NO₃不稳定的原因：__________________。

（2）N₂O₅与O₃作用也能生成NO₃与氧气，根据反应前后同种元素，价态相同，不参与氧化还原反应的原则，请分析反应N₂O₅+O₃2NO₃+O₂中，N₂O₅的作用是__________________（填“氧化剂”“还原剂”或“既是氧化剂，又是还原剂”）。

（3）请写出在有水存在时，O₃与NO以物质的量之比为3∶2完全反应的总化学方程式___________。

Ⅱ．下图为某学习兴趣小组对Cu与稀硝酸反应的改进实验装置图：

（4）按如图组装好仪器，检查气密性后，装药品，实验时，先关闭a，打开b，将装置B下移，使之与稀硝酸接触产生气体，当________________（填实验现象），立刻将之上提，并关闭b，这样操作的目的为________________________________。

（5）将铜丝下移，使之与稀硝酸接触，A中现象是________________，稍后将铜丝上拉，使之与稀硝酸分离；打开a，挤压E，使少量空气进入A中，A中现象是______________。

（6）打开b，交替挤压E和F，至装置内氮氧化物气体被氢氧化钠溶液充分吸收，写出NO₂气体与氢氧化钠溶液充分反应的离子方程式：______________________________。

Answer

+2（1分） N原子未达到8电子稳定结构（或N原子最外层为7电子结构，不稳定）（2分） 既是氧化剂，又是还原剂（1分） 3O3+2NO+H2O2HNO3+3O2（3分） C处产生白色沉淀时（1分） 排出装置A内的空气，防止对生成NO的实验影响（2分） 溶液由无色变成蓝色且有无色气泡冒出（1分） 气体变红棕色（1分） 2NO2+2OH−++H2O（3分）

【解析】

（1）NO3分子内有三个氧且存在两个过氧键，它的结构为，两个氧与氮相连，另一个氧与两个氧相连，所以氮显+2价，根据NO3的结构可知，N原子最外层为7电子结构，未达到8电子稳定结构，因此不稳定。

（2）N2O5+O32NO3+O2反应中生成2个NO3，1个NO3中两个氧显示−1价，另1个氧显示0价，2个NO3中有两个氧显示0价，1个来自O3，另1个来自N2O5，也就是说N2O5中的1个氧化合价升高到0价，4个氧化合价升高到−1价，同时N2O5中的N化合价降低到+2价，所以N2O5既是氧化剂，又是还原剂。

（3）依据生产硝酸的机理，O3与NO及水反应最终生成HNO3和O2，当O3与NO反应的物质的量之比为3∶2，可得3O3+2NO+H2O2HNO3+3O2。

（4）Cu与稀HNO3反应生成NO气体，NO气体能与空气中的氧气反应NO2，因此反应前需赶尽装置A内的空气，防止干扰实验，用CO2排尽空气，所以C处产生白色沉淀时，说明装置A内空气已排空。

（5）Cu与稀HNO3反应生成无色NO气体，并生成蓝色硝酸铜溶液，所以A中现象为溶液由无色变成蓝色且有无色气泡冒出。打开a，挤压E，使少量空气进入A中，A中NO会和氧气反应生成红棕色气体，所以A中气体变红棕色。

（6）NO2气体与氢氧化钠溶液的反应为2NO2+2NaOHNaNO3+NaNO2+H2O，写成离子方程式为2NO2+2OH−++H2O。