Question

某研究性学习小组学生根据氧化还原反应规律，探究NO₂、NO与Na₂O₂反应的情况，提出假设并进行相关实验。

Ⅰ.从理论上分析Na₂O₂和NO₂都既有氧化性又有还原性，于是提出如下假设：

假设1：Na₂O₂氧化NO₂；

假设2：NO₂氧化Na₂O₂。

(1)甲同学设计如图1装置进行实验：

①试管A中反应的离子方程式是_________________________________________。

②待试管B中充满红棕色气体，关闭旋塞a和b；取下试管B；向其中加入适量Na₂O₂粉末，塞上塞子，轻轻振荡试管内粉末，观察到红棕色气体迅速消失；再将带火星的木条迅速伸进试管内，木条复燃。

③仪器C兼有防倒吸的作用，仪器C的名称为___________________。

结论：甲同学认为假设2正确。

(2)乙同学认为甲同学设计的实验存在缺陷，为达到实验目的，在A、B之间应增加一个装置，该装置的作用是________________________。乙同学用改进后的装置，重复了甲同学的实验操作，观察到红棕色气体迅速消失；带火星的木条未复燃，得出结论：假设1正确，则NO₂和Na₂O₂反应的化学方程式是_______________________。

Ⅱ.该研究性学习小组同学还认为NO易与O₂发生反应，应该更易被Na₂O₂氧化。查阅资料：2NO+Na₂O₂=2NaNO₂；2NaNO₂+2HCl=2NaCl+NO₂↑+NO↑+H₂O；酸性条件下，NO能与反应生成和Mn²⁺。

(3)丙同学用图2所示装置(部分夹持装置略)探究NO与Na₂O₂的反应。

①在反应前，打开弹簧夹，通入一段时间N₂，目的是_________________。

②B中不能观察到的现象是____________(填字母编号)。

a.铜片逐渐溶解，溶液变为蓝色b.有红棕色气泡产生c.有无色气泡产生

③C、E中所盛装的试剂不能是________(填字母编号)。

a．无水硫酸铜 b．无水氯化钙 c．碱石灰 d．生石灰

④F中发生反应的氧化剂与还原剂的物质的量之比为_____________。

⑤充分反应后，检验D装置中产物的方法是：______________，则产物是NaNO₂。

Answer

Cu+4H++2=Cu2++2NO2↑+2H2O 球形干燥管 除去生成NO2气体中混有的水蒸气 Na2O2+2NO2=2NaNO3 将装置中的空气排出 b a 3：5 取D装置中产物少许，加入稀盐酸，产生红棕色气体

【解析】

装置A中是铜与浓硝酸发生氧化还原反应生成硝酸铜、二氧化氮、水，B装置中收集二氧化氮，C装置防止倒吸；将B中的气体加入过氧化钠，由于二氧化氮气体中混有水蒸气，过氧化钠与水反应也能释放出氧气，使带火星的木条复燃，故乙同学改进装置，在A、B之间应增加一个干燥装置，得出结论1正确；验证NO易与O2发生反应，应该更易被Na2O2氧化的实验，先通入氮气排尽装置中的氧气，A中的铜与浓硝酸反应生成二氧化氮，进入B装置中，B装置中产生出大量一氧化氮气体，经过C装置的干燥，进入D装置与过氧化钠反应，E中加入干燥剂防止空气中的气体进入，用酸性高锰酸溶液吸收多余的一氧化氮，由此分析。

(1)①试管A中铜和浓硝酸反应，其离子方程式是Cu+4H++2NO3-=Cu2++2NO2↑+2H2O；

②待试管B中充满红棕色气体，关闭旋塞a和b；取下试管B；向其中加入适量Na2O2粉末，塞上塞子，轻轻振荡试管内粉末，观察到红棕色气体迅速消失；再将带火星的木条迅速伸进试管内，木条复燃；

③仪器C兼有防倒吸的作用，仪器C为球形干燥管；

(2)乙同学认为甲同学设计的实验存在缺陷，为达到实验目的，在A、B之间应增加一个装置，该装置的作用是除去NO2气体中混有的水蒸气，防止其干扰实验。乙同学用改进后的装置，重复了甲同学的实验操作，观察到红棕色气体迅速消失；带火星的木条未复燃。使带火星的本条复燃的氧气是水蒸气与过氧化钠反应得到，由此得出结论：假设1正确，NO2和Na2O2反应的化学方程式是Na2O2+2NO2=2NaNO3；

Ⅱ．该研究性学习小组同学还认为NO 易与O2发生反应，应该更易被Na2O2氧化。查阅资料：2NO+Na2O2=2NaNO2；2NaNO2+2HCl=2NaCl+NO2↑+NO↑+H2O；酸性条件下，NO 能与MnO4-反应生成NO3-和Mn2+；

(3)①在反应前，打开弹簧夹，通入一段时间N2，目的是将装置中的空气排出，防止氧气干扰实验；

②B中观察到的主要现象是铜片逐渐溶解，溶液变为蓝色，有无色气泡产生，不能观察到的现象选b；

③无水硫酸铜通常用于检验水，不用于吸收水，所以C、E 中所盛装的试剂不能是a；

④F中发生的是一氧化氮与酸性高锰酸钾溶液的反应，其中的氧化剂高锰酸根被还原生成+2价锰离子，锰元素的化合价降低了5价，还原剂NO被氧化成硝酸根，氮元素的化合价升高了3价，根据得失电子守恒可知，氧化剂与还原剂的物质的量之比为3：5；

⑤由题中信息可知，2NaNO2+2HCl=2NaCl+NO2↑+NO↑+H2O。因此，检验D装置中产物的方法是：取D装置中产物少许，加入稀盐酸，产生红棕色气体，则产物是NaNO2。