Question

8．亚硝酸钠（NaNO₂）在肉类制品加工中常用作发色剂，防腐剂．某活动小组在实验室中利用Na₂O₂+2NO═2NaNO₂反应来制备亚硝酸钠，装置如图所示（部分夹持装置略去）．

已知：①3NaNO₂+3HCl═3NaCl+HNO₃+2NO↑+H₂O；②酸性条件下，NO或NO₂^-都能与MnO₄^-反应生成NO₃^-和Mn²⁺．
具体操作：如图连接装置，检验气密性后，装入药品．实验开始前先通入常见气体X一段时间，然后关闭弹簧夹，再滴加浓硝酸，加热控制B中导管均匀地产生气泡，直至E中淡黄色粉末完全变为白色固体．
（1）气体X的化学式为N₂，其作用是排尽系统内空气，以免生成的一氧化氮被空气中的氧气氧化．
（2）上述装置中，仪器C的作用是防止B中溶液倒吸．B中观察到的主要现象是铜片减小、溶液变蓝色、有气泡冒出．
（3）该活动小组制取的NaNO₂产品不纯，杂质为NaOH（填化学式）；为提高产品的纯度，对上述实验装置进行的改进是装置DE之间和装置EF之间添加干燥装置．
（4）请设计实验证明产品中含有NO₂^-取少量E中白色固体加入稀盐酸产生无色气体，遇到空气变化为红棕色证明固体中含有亚硝酸根离子（简述实验操作、现象和结论）．
（5）称取该小组产品4.5g溶于水配成500mL溶液，取50mL溶液于锥形瓶中，用0.1000mol•L^-1的酸性KMnO₄溶液进行滴定，实验数据如表所示：

滴定次数	1	2	3	4
KMnO4溶液体积/mL	20.80	20.01	20.00	19.99

第一组实验数据出现异常，造成这种异常的原因可能是abd（填字母）．
a．酸式滴定管未用标准液润洗
b．锥形瓶用水洗净后又用待测液润洗
c．滴定前仰视读数，滴定终点平视读数
d．滴定结束后滴定管尖嘴处仍悬有液滴
根据表中数据，计算产品中亚硝酸钠的质量分数76.7%．

Answer 1

分析 A中是浓硝酸和碳加热发生的反应，反应生成二氧化氮和二氧化碳和水，装置B中是A装置生成的二氧化氮和水反应生成硝酸和一氧化氮，硝酸和铜反应生成硝酸铜，一氧化氮和水，通过装置D中氢氧化钠溶液吸收二氧化碳，通过装置E中的过氧化钠吸收一氧化氮，最后通过酸性高锰酸钾溶液除去剩余一氧化氮防止污染空气，
（1）一氧化氮容易与空气中的氧气反应生成二氧化氮；
（2）长颈漏斗上方面积大可防止倒吸；二氧化氮恒容水反应生成硝酸和一氧化氮，硝酸能和铜反应，据此分析反应现象；
（3）分析可知装置D中出来的一氧化氮气体会含有水蒸气，进入装置E会和过氧化钠反应生成氢氧化钠，E装置前后都需要连接气体进干燥装置；
（4）检验E中白色固体中含NO₂^-，可以利用反应3NaNO₂+3HCl═3NaCl+HNO₃+2NO↑+H₂O，生成的一氧化氮遇到氧气生成红棕色气体二氧化氮；
（5）a．酸式滴定管用蒸馏水洗净后未用标准液润洗，酸性高锰酸钾溶液浓度变稀；
b．锥形瓶水洗净后待测液洗涤，溶质的物质的量变大；
c．滴定终点时俯视读数，读数在液面上方，滴定管刻度由上而下增大；
d．滴定结束后滴定管尖嘴处仍悬有液滴，高锰酸钾溶液体积读数应大于实际消耗量；
第1组实验数据偏大，第2、3、4组数据平均值为消耗高锰酸钾溶液体积，2MnO₄^-～5NO₂^-，根据方程式计算产品中亚硝酸钠的质量分数．

解答 解：（1）A中是浓硝酸和碳加热发生的反应，反应生成二氧化氮和二氧化碳和水，装置B中是A装置生成的二氧化氮和水反应生成硝酸和一氧化氮，为防止装置中空气中的氧气氧化生成的一氧化氮，应先通入氮气排尽装置内的空气，
故答案为：N₂；排尽系统内空气，以免生成的一氧化氮被空气中的氧气氧化；
（2）NO₂极易溶于水与水反应，所以装置C的作用是防止倒吸，B中二氧化氮和水反应生成硝酸，3NO₂+H₂O=2H⁺+2NO₃^-+NO，硝酸和铜反应生成硝酸铜、一氧化氮和水，3Cu+8H⁺+2NO₃^-═3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O，观察到的现象为：铜片减小、溶液变蓝色、有气泡冒出，
故答案为：防止B中溶液倒吸；铜片减小、溶液变蓝色、有气泡冒出；
（3）生成的NO中含有CO₂和水蒸气，通过氢氧化钠溶液吸收二氧化碳，含有的水蒸气能与过氧化钠反应，则E中产物除亚硝酸钠外还含有副产物NaOH，碱石灰可以吸收水蒸气，可以在装置DE之间和EF装置之间添加干燥装置，
故答案为：NaOH；装置DE之间和装置EF之间添加干燥装置；
（4）检验E中白色固体中含NO₂^-，可以利用反应3NaNO₂+3HCl═3NaCl+HNO₃+2NO↑+H₂O，生成的一氧化氮遇到氧气生成红棕色气体二氧化氮，实验设计为：取少量E中白色固体加入稀盐酸产生无色气体，遇到空气变化为红棕色证明固体中含有亚硝酸根离子，
故答案为：取少量E中白色固体加入稀盐酸产生无色气体，遇到空气变化为红棕色证明固体中含有亚硝酸根离子；
（5）a．酸式滴定管用蒸馏水洗净后未用标准液润洗，酸性高锰酸钾溶液浓度变稀，消耗体积应偏大，故a符合；
b．锥形瓶用水洗净后又用待测液润洗，消耗高锰酸钾溶液体积偏大，故b符合；
c．滴定终点时俯视读数，读数在液面上方，滴定管刻度由上而下增大，则读数偏小，故c符合；
d．滴定前尖嘴有气泡，滴定后气泡消失，消耗高锰酸钾溶液体积读数应大于实际消耗量，故d符合，
故选abd，
第1组实验数据偏大，消耗高锰酸钾溶液体积为$\frac{（20.01+20.00+19.99）ml}{3}$=20mL，
设产品中亚硝酸钠的物质的量为n，则：
        2MnO₄^-～～～5NO₂^-，
         2                   5
0.1mol/L×0.020L      n 
解得n=0.005mol，
500ml中含亚硝酸根离子物质的量=$\frac{500ml}{50ml}$×0.005mol=0.05mol，
产品中亚硝酸钠的质量分数=$\frac{0.05mol×69g/mol}{4.5g}$×100%=76.7%
故答案为：abd；76.7%．

点评 本题考查了物质制备实验方案的设计和信息判断，物质性质的理解应用，掌握物质的性质是解题关键，题目难度中等．