Question

17．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Mn²⁺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，設計如圖1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(fā)生反應的化學方程式C+4HNO₃（濃）$\frac{\underline{\;加熱\;}}{\;}$CO₂↑+4NO₂↑+2H₂O．
（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B（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A、C（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86.25%．
（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c（Na⁺）＞c（NO₂^-）＞c（Cl^-）＞c（H⁺）＞c（OH^-）．
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?yōu)?2．電化學降解NO₃^-的原理如圖2所示．
（6）電源正極為A（填A或B），陰極反應式為2NO₃^-+6H₂O+10e^-=N₂↑+12OH^-．

Answer 1

分析 （1）裝置A燒瓶中，碳和濃硝酸反應生成二氧化碳、二氧化氮和水，方程式為C+4HNO₃（濃）$\frac{\underline{\;加熱\;}}{\;}$CO₂↑+4NO₂↑+2H₂O；
（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，那么NO中混有CO₂、NO₂，可以在B、C之間增加裝有堿石灰或生石灰的裝置E，以吸收雜質CO₂、NO₂；
（3）第一組實驗數據消耗的酸性高錳酸鉀溶液體積偏大，
A．酸式滴定管用蒸餾水洗凈后未用標準液潤洗，導致標準液被稀釋，標準液濃度減�。�
B．達到過程中錐形瓶不需要干燥，不影響待測液中溶質的物質的量；
C．滴定終了仰視讀數，讀出的是凹液面下方讀數，讀數比實際消耗的標準液體積偏大；
D．滴定終了俯視讀數，讀出的是凹液面上方讀數，讀數比實際讀數偏��；
（4）第一組數據舍棄，計算出其它3組消耗標準液的平均體積，再結合反應方程式計算出樣品中亞硝酸鈉的質量及質量分數；
（5）混合溶液呈酸性，說明亞硝酸電離程度大于亞硝酸根離子水解程度，則溶液中，c（H⁺）＞c（OH^-）；
（6）由圖示知在Ag-Pt電極上NO₃^-發(fā)生還原反應，因此Ag-Pt電極為陰極，則B為負極，A為電源正極；在陰極反應是NO₃^-得電子發(fā)生還原反應生成N₂，利用電荷守恒與原子守恒知有氫離子參與反應且有水生成．

解答 解：（1）裝置A燒瓶中，碳和濃硝酸反應生成二氧化碳、二氧化氮和水，方程式為C+4HNO₃（濃）$\frac{\underline{\;加熱\;}}{\;}$CO₂↑+4NO₂↑+2H₂O，故答案為：C+4HNO₃（濃）$\frac{\underline{\;加熱\;}}{\;}$CO₂↑+4NO₂↑+2H₂O；
（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，那么NO中混有CO₂、NO₂，可以在B、C之間增加裝有堿石灰或生石灰的裝置E，以吸收雜質CO₂、NO₂，故答案為：B；
（3）第一組實驗數據消耗的酸性高錳酸鉀溶液體積偏大，會導致測量結果偏高，
A．酸式滴定管用蒸餾水洗凈后未用標準液潤洗，導致標準液被稀釋，滴定過程中消耗的標準液體積會偏大，故A正確；
B．錐形瓶不需要干燥，所以錐形瓶洗凈后未干燥，不影響測定結果，故B錯誤；
C．滴定終了仰視讀數，導致讀數偏大，計算出的標準液體積偏大，故C正確；
D．滴定終了俯視讀數，滴定管讀數偏小，計算出的標準液體積偏小，故D錯誤；
故答案為：AC；
（4）由于第一組數據偏高，應該舍棄；其它三組消耗標準液平均體積為：$\frac{20.02+20.00+19.98}{3}$mL=20.00mL，
25mL樣品消耗高錳酸鉀的物質的量為：0.1000mol/L×0.02L=0.002mol，則250mL樣品溶液會消耗高錳酸鉀的物質的量為：0.002mol×$\frac{250mL}{25mL}$=0.02mol，根據化合價變化可得反應關系式：2MnO₄^-～5NO₂^-，則4.000g樣品中含有亞硝酸鈉的物質的量為：0.02mol×$\frac{5}{2}$=0.05mol，質量為69g/mol×0.05mol=3.45g，所以反應后的固體中亞硝酸鈉的質量分數為：$\frac{3.45g}{4.000g}$×100%=86.25%，
故答案為：86.25%或0.8625；
（5）0.2mol•L^-1的亞硝酸鈉溶液和0.1mol•L^-1的鹽酸等體積混合，c（Na⁺）＞c（NO₂^-）＞c（Cl^-），混合溶液呈酸性，說明亞硝酸電離程度大于亞硝酸根離子水解程度，則溶液中，c（H⁺）＞c（OH^-）；溶液中離子濃度大小順序是c（Na⁺）＞c（NO₂^-）＞c（Cl^-）＞c（H⁺）＞c（OH^-），故答案為：c（Na⁺）＞c（NO₂^-）＞c（Cl^-）＞c（H⁺）＞c（OH^-）；
（6）由圖示知在Ag-Pt電極上NO₃^-發(fā)生還原反應，因此Ag-Pt電極為陰極，則B為負極，A為電源正極；在陰極反應是NO₃^-得電子發(fā)生還原反應生成N₂，利用電荷守恒與原子守恒知有H₂O參與反應且有水生成，
所以陰極上發(fā)生的電極反應式為：2NO₃^-+12H⁺+10e^-=N₂+6H₂O，
故答案為：A；2NO₃^-+12H⁺+10e^-=N₂+6H₂O．

點評 本題考查實驗方案的設計和探究，考查學生分析和解決問題的能力，涉及化學方程式的書寫、物質含量的計算以及電解原理，綜合性強，難度大．