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19. (12分)在航天和军事工业中,二氧化氮可用于火箭燃料推进剂。某校化学兴趣小组在查阅相关资料时,发现二氧化氮$( \ce{NO_{2}} )$具有助燃性,在火箭燃料推进剂中做助燃剂。决定利用如下实验进行探究。
【提出问题】二氧化氮是否具有助燃性?
【查阅资料】
①蓝色的硝酸铜固体在加热条件下分解,化学方程式为$\ce{2Cu(NO_{3})_{2}\xlongequal{\Delta} 2CuO +4NO_{2}\uparrow +O_{2}\uparrow}$。
②$\ce{NO_{2}}$常温下为红棕色的有毒气体,相同状况下密度大于$\ce{O_{2}}$,低于室温时变成液态。
【实验过程】
(1)实验装置如图1,实验现象:试管内蓝色固体逐渐变成
【实验结论】二氧化氮具有助燃性。
【反思与评价】
(2)该实验不能证明$\ce{NO_{2}}$具有助燃性,其理由是
(3)图1中的实验装置存在安全隐患,不足之处是
小组讨论后认为利用如下补充实验可以证明$\ce{NO_{2}}$具有助燃性。
【实验改进】
(4)
(5)查阅资料木炭在$\ce{NO_{2}}$中完全燃烧会生成空气中含量最多的气体,请写出该反应化学方程式:
【拓展】
(6)图1实验
【提出问题】二氧化氮是否具有助燃性?
【查阅资料】
①蓝色的硝酸铜固体在加热条件下分解,化学方程式为$\ce{2Cu(NO_{3})_{2}\xlongequal{\Delta} 2CuO +4NO_{2}\uparrow +O_{2}\uparrow}$。
②$\ce{NO_{2}}$常温下为红棕色的有毒气体,相同状况下密度大于$\ce{O_{2}}$,低于室温时变成液态。
【实验过程】
(1)实验装置如图1,实验现象:试管内蓝色固体逐渐变成
黑
色,有红棕色气体生成,红热木炭燃烧更旺
。【实验结论】二氧化氮具有助燃性。
【反思与评价】
(2)该实验不能证明$\ce{NO_{2}}$具有助燃性,其理由是
硝酸铜分解出的气体中除了$\ce{NO_{2}}$以外还有$\ce{O_{2}}$,而$\ce{O_{2}}$具有助燃性
。(3)图1中的实验装置存在安全隐患,不足之处是
二氧化氮为有毒气体,该实验装置没有尾气处理装置(或其他合理答案)
。小组讨论后认为利用如下补充实验可以证明$\ce{NO_{2}}$具有助燃性。
【实验改进】
(4)
(5)查阅资料木炭在$\ce{NO_{2}}$中完全燃烧会生成空气中含量最多的气体,请写出该反应化学方程式:
$\ce{2C +2NO_{2}\xlongequal{点燃}N_{2} +2CO_{2}}$
。【拓展】
(6)图1实验
不能
(填“能”或“不能”)用于实验室制取$\ce{NO_{2}}$,请说明理由:硝酸铜受热分解产生了二氧化氮和氧气两种气体
。答案
黑
燃烧更旺
硝酸铜分解出的气体中除了$\ce{NO_{2}}$以外还有$\ce{O_{2}}$，而$\ce{O_{2}}$具有助燃性
二氧化氮为有毒气体，该实验装置没有尾气处理装置
$\ce{O_{2}}$
红热木炭
燃烧更旺
$\ce{2C +2NO_{2}\xlongequal{点燃}N_{2} +2CO_{2}}$
不能
硝酸铜受热分解产生了二氧化氮和氧气两种气体，制得的$\mathrm {NO}_{2}$不纯净
解析
【分析】
本题围绕探究二氧化氮助燃性的实验展开，需结合硝酸铜分解产物的性质、实验目的及实验安全要求逐步分析：
1. 实验（1）：根据硝酸铜分解的产物，判断固体颜色变化；结合分解产物的助燃性，分析木炭的现象。
2. 实验（2）：要证明二氧化氮有助燃性，需排除其他助燃气体的干扰，分析分解产物中是否有其他助燃物质。
3. 实验（3）：二氧化氮有毒，需考虑实验装置是否会导致有毒气体泄漏。
4. 实验（4）：补充实验需除去分解气体中的氧气，单独验证二氧化氮的助燃性，明确实验操作和现象。
5. 实验（5）：根据题意确定产物，结合质量守恒书写化学方程式。
6. 实验（6）：实验室制取气体要求产物纯净，分析硝酸铜分解产物的纯度。
【解析】
（1）硝酸铜加热分解生成黑色氧化铜、红棕色二氧化氮和氧气，因此试管内蓝色固体变为黑色；氧气和二氧化氮均有助燃性，所以红热木炭燃烧更旺。
（2）硝酸铜分解产生的气体中含有氧气，氧气本身具有助燃性，无法确定使木炭燃烧更旺的是二氧化氮还是氧气，因此不能证明二氧化氮具有助燃性。
（3）二氧化氮是有毒气体，图1实验装置没有尾气处理装置，会导致有毒的二氧化氮逸散到空气中，造成污染，存在安全隐患。
（4）补充实验需先除去分解气体中的氧气：将硝酸铜分解产生的气体通过灼热的铜网，除去氧气后，再将剩余气体通入盛有红热木炭的装置，观察到红热木炭燃烧更旺，从而证明二氧化氮具有助燃性。
（5）木炭在二氧化氮中完全燃烧，生成空气中含量最多的氮气和二氧化碳，根据质量守恒定律配平化学方程式：$\ce{2C +2NO_{2}\xlongequal{点燃}N_{2} +2CO_{2}}$。
（6）实验室制取气体要求产物纯净，而硝酸铜受热分解生成二氧化氮和氧气的混合气体，制得的二氧化氮中混有氧气，不纯净，因此不能用于实验室制取二氧化氮。
【答案】
黑；燃烧更旺；硝酸铜分解出的气体中除了$\ce{NO_{2}}$以外还有$\ce{O_{2}}$，而$\ce{O_{2}}$具有助燃性；二氧化氮为有毒气体，该实验装置没有尾气处理装置；$\ce{O_{2}}$；红热木炭；燃烧更旺；$\ce{2C +2NO_{2}\xlongequal{点燃}N_{2} +2CO_{2}}$；不能；硝酸铜受热分解产生了二氧化氮和氧气两种气体，制得的$\mathrm{NO_{2}}$不纯净
【知识点】
物质的性质、化学方程式书写、实验设计与评价
【点评】
本题是探究二氧化氮助燃性的实验题，结合资料信息考查学生对实验现象的分析、实验方案的评价以及化学方程式的书写能力，需要学生具备严谨的逻辑思维和实验探究能力，是一道综合性较强的实验探究题。
【难度系数】
0.5
本题围绕探究二氧化氮助燃性的实验展开，需结合硝酸铜分解产物的性质、实验目的及实验安全要求逐步分析：
1. 实验（1）：根据硝酸铜分解的产物，判断固体颜色变化；结合分解产物的助燃性，分析木炭的现象。
2. 实验（2）：要证明二氧化氮有助燃性，需排除其他助燃气体的干扰，分析分解产物中是否有其他助燃物质。
3. 实验（3）：二氧化氮有毒，需考虑实验装置是否会导致有毒气体泄漏。
4. 实验（4）：补充实验需除去分解气体中的氧气，单独验证二氧化氮的助燃性，明确实验操作和现象。
5. 实验（5）：根据题意确定产物，结合质量守恒书写化学方程式。
6. 实验（6）：实验室制取气体要求产物纯净，分析硝酸铜分解产物的纯度。
【解析】
（1）硝酸铜加热分解生成黑色氧化铜、红棕色二氧化氮和氧气，因此试管内蓝色固体变为黑色；氧气和二氧化氮均有助燃性，所以红热木炭燃烧更旺。
（2）硝酸铜分解产生的气体中含有氧气，氧气本身具有助燃性，无法确定使木炭燃烧更旺的是二氧化氮还是氧气，因此不能证明二氧化氮具有助燃性。
（3）二氧化氮是有毒气体，图1实验装置没有尾气处理装置，会导致有毒的二氧化氮逸散到空气中，造成污染，存在安全隐患。
（4）补充实验需先除去分解气体中的氧气：将硝酸铜分解产生的气体通过灼热的铜网，除去氧气后，再将剩余气体通入盛有红热木炭的装置，观察到红热木炭燃烧更旺，从而证明二氧化氮具有助燃性。
（5）木炭在二氧化氮中完全燃烧，生成空气中含量最多的氮气和二氧化碳，根据质量守恒定律配平化学方程式：$\ce{2C +2NO_{2}\xlongequal{点燃}N_{2} +2CO_{2}}$。
（6）实验室制取气体要求产物纯净，而硝酸铜受热分解生成二氧化氮和氧气的混合气体，制得的二氧化氮中混有氧气，不纯净，因此不能用于实验室制取二氧化氮。
【答案】
黑；燃烧更旺；硝酸铜分解出的气体中除了$\ce{NO_{2}}$以外还有$\ce{O_{2}}$，而$\ce{O_{2}}$具有助燃性；二氧化氮为有毒气体，该实验装置没有尾气处理装置；$\ce{O_{2}}$；红热木炭；燃烧更旺；$\ce{2C +2NO_{2}\xlongequal{点燃}N_{2} +2CO_{2}}$；不能；硝酸铜受热分解产生了二氧化氮和氧气两种气体，制得的$\mathrm{NO_{2}}$不纯净
【知识点】
物质的性质、化学方程式书写、实验设计与评价
【点评】
本题是探究二氧化氮助燃性的实验题，结合资料信息考查学生对实验现象的分析、实验方案的评价以及化学方程式的书写能力，需要学生具备严谨的逻辑思维和实验探究能力，是一道综合性较强的实验探究题。
【难度系数】
0.5
