Question

【題目】（15分）Ⅰ．目前我國鍋爐煙氣脫硝技術有新發現，科學家對O3氧化煙氣脫硝同時制硝酸進行了實驗研究，其生產硝酸的機理如下：

回答下列問題：

（1）NO3分子內存在兩個過氧鍵，且氧均滿足8電子穩定結構，請寫出NO3中N的化合價______；NO3極不穩定，常溫下即可爆炸分解，試從電子成鍵角度解釋NO3不穩定的原因：__________________。

（2）N2O5與O3作用也能生成NO3與氧氣，根據反應前后同種元素，價態相同，不參與氧化還原反應的原則，請分析反應N2O5+O32NO3+O2中，N2O5的作用是__________________（填“氧化劑”“還原劑”或“既是氧化劑，又是還原劑”）。

（3）請寫出在有水存在時，O3與NO以物質的量之比為3∶2完全反應的總化學方程式___________。

Ⅱ．下圖為某學習興趣小組對Cu與稀硝酸反應的改進實驗裝置圖：

（4）按如圖組裝好儀器，檢查氣密性后，裝藥品，實驗時，先關閉a，打開b，將裝置B下移，使之與稀硝酸接觸產生氣體，當________________（填實驗現象），立刻將之上提，并關閉b，這樣操作的目的為________________________________。

（5）將銅絲下移，使之與稀硝酸接觸，A中現象是________________，稍后將銅絲上拉，使之與稀硝酸分離；打開a，擠壓E，使少量空氣進入A中，A中現象是______________。

（6）打開b，交替擠壓E和F，至裝置內氮氧化物氣體被氫氧化鈉溶液充分吸收，寫出NO2氣體與氫氧化鈉溶液充分反應的離子方程式：______________________________。

Answer 1

【答案】+2（1分） N原子未達到8電子穩定結構（或N原子最外層為7電子結構，不穩定）（2分） 既是氧化劑，又是還原劑（1分） 3O3+2NO+H2O2HNO3+3O2（3分） C處產生白色沉淀時（1分） 排出裝置A內的空氣，防止對生成NO的實驗影響（2分） 溶液由無色變成藍色且有無色氣泡冒出（1分） 氣體變紅棕色（1分） 2NO2+2OH++H2O（3分）

【解析】

（1）NO3分子內有三個氧且存在兩個過氧鍵，它的結構為，兩個氧與氮相連，另一個氧與兩個氧相連，所以氮顯+2價，根據NO3的結構可知，N原子最外層為7電子結構，未達到8電子穩定結構，因此不穩定。

（2）N2O5+O32NO3+O2反應中生成2個NO3，1個NO3中兩個氧顯示1價，另1個氧顯示0價，2個NO3中有兩個氧顯示0價，1個來自O3，另1個來自N2O5，也就是說N2O5中的1個氧化合價升高到0價，4個氧化合價升高到1價，同時N2O5中的N化合價降低到+2價，所以N2O5既是氧化劑，又是還原劑。

（3）依據生產硝酸的機理，O3與NO及水反應最終生成HNO3和O2，當O3與NO反應的物質的量之比為3∶2，可得3O3+2NO+H2O2HNO3+3O2。

（4）Cu與稀HNO3反應生成NO氣體，NO氣體能與空氣中的氧氣反應NO2，因此反應前需趕盡裝置A內的空氣，防止干擾實驗，用CO2排盡空氣，所以C處產生白色沉淀時，說明裝置A內空氣已排空。

（5）Cu與稀HNO3反應生成無色NO氣體，并生成藍色硝酸銅溶液，所以A中現象為溶液由無色變成藍色且有無色氣泡冒出。打開a，擠壓E，使少量空氣進入A中，A中NO會和氧氣反應生成紅棕色氣體，所以A中氣體變紅棕色。

（6）NO2氣體與氫氧化鈉溶液的反應為2NO2+2NaOHNaNO3+NaNO2+H2O，寫成離子方程式為2NO2+2OH++H2O。