Question

實驗室獲取氮氣有很多種途徑，常見的3種方法是：
方法一：將氨氣通入灼熱的氧化銅粉末，得到純凈的氮氣和銅；
方法二：將空氣通過灼熱的銅，得到較純凈的氮氣和氧化銅粉末；
方法三：將亞硝酸鈉（NaNO₂）和氯化銨的混合溶液加熱，氮元素全部轉化為氮氣．
進行實驗時可選擇的實驗儀器如下圖所示（省略夾持裝置與加熱裝置）：

（1）方法一：制氮氣所需的氨氣可以用濃氨水滴加到生石灰中得到，此反應的發生裝置最好選用

D

（選填裝置編號）．請寫出生石灰在此反應中的兩個作用：

生石灰和水反應放熱，促使氨水揮發、分解而得到氨氣（或降低氨氣的溶解度）

，

生石灰與水反應，減少了溶劑

．
（2）方法二：為保證所得氮氣盡可能純凈，除了使用銅外，還可以向裝置

E

（選填裝置編號）中加入

堿石灰

以除去其它雜質氣體．
（3）方法三：制氮氣的化學方程式為：

NaNO₂+NH₄Cl

△   .

NaCl+N₂↑+2H₂O

．
（4）綠色化學是指在制造和應用化學產品時應有效利用（最好可再生）原料，消除廢物和避免使用有毒的和危險的試劑與溶劑．在制取氮氣的3種方法中，聯合使用方法一和方法二與單獨使用方法三相比，具有很多優越性，請從綠色化學的角度進行評價：

銅和氧化銅可循環使用，節省試劑（或避免使用有毒物質而造成污染）

．
（5）1892年，英國科學家瑞利（Rayleigh）發現，采用方法二得到的氮氣在相同條件下比方法三得到的氮氣密度總是偏大5‰左右．若上述實驗設計與操作均無錯誤，且氮氣已完全干燥，請解釋產生這一現象的原因：

方法二制得的氮氣中含有密度（或相對分子質量）比氮氣大的稀有氣體，導致密度偏大

．

Answer 1

分析：（1）根據反應物狀態和反應條件選擇發生裝置，對比原料及生產過程分析生石灰的作用：生石灰和水反應生成熟石灰，一方面消耗氨水中的水，另一方面放出的熱量促使氨水揮發、分解而得到氨氣；（2）根據實驗的要求要除去空氣中多余的水蒸氣、二氧化碳等雜質，可以通過堿性干燥劑完成；（3）根據反應物及題目的信息結合元素守恒判斷生成物寫出化學方程式；（4）根據綠色化學的定義結合反應的原理對比分析優點；（5）根據方法二得到的氮氣不純進行考慮．

解答：解：（1）用CaO和濃氨水反應，應選固液常溫型的發生裝置，即D；濃氨水常溫下跟生石灰反應生成氨氣和氫氧化鈣，化學方程式為CaO+NH₃?H₂O=NH₃↑+Ca（OH）₂，因為氨水不穩定易揮發，生石灰和水反應生成熟石灰的過程中，生石灰的兩個作用是：一方面消耗氨水溶液中的水，另一方面放出的熱量促使氨水揮發、分解而得到氨氣；
（2）空氣中除了氮氣、氧氣外，還含有二氧化碳、水蒸氣等，為保證所得氨氣盡可能純凈，要除去空氣中多余的水蒸氣、二氧化碳等雜質，可以通過堿性干燥劑-堿石灰，既可以吸收二氧化碳又能吸收水；
（3）根據信息反應物是亞硝酸鈉（NaNO₂）和氯化銨，反應條件是加熱，氮元素全部轉化為氮氣，反應前后元素的種類不變，因此生成物還有氯化鈉和水，因此反應的方程式為：
NaNO₂+NH₄Cl

△   .

NaCl+N₂↑+2H₂O；
（4）從題中信息可知，NH₃和CuO生成Cu和N₂  而空氣和Cu生成CuO，故Cu和CuO可以循環使用，方法三使用有毒的亞硝酸鈉，方法一和二避免使用有毒物質而造成污染，因此聯合使用方法一和方法二與單獨使用方法三相比的優點有：銅和氧化銅可循環使用，節省試劑（或避免使用有毒物質而造成污染）．
（5）將空氣通過灼熱的銅，得到較純凈的氮氣和氧化銅粉末只是除去了氧氣，其中還含有稀有氣體等雜質，由于稀有氣體的密度比氮氣密度大，所以導致氮氣密度總是偏大5‰左右．
故答案為：（1）D； 生石灰和水反應放熱，促使氨水揮發、分解而得到氨氣（或降低氨氣的溶解度）；生石灰與水反應，減少了溶劑；
（2）E；堿石灰；  （3）NaNO₂+NH₄Cl

△   .

NaCl+N₂↑+2H₂O；（4）銅和氧化銅可循環使用，節省試劑（或避免使用有毒物質而造成污染）；（5）方法二制得的氮氣中含有密度（或相對分子質量）比氮氣大的稀有氣體，導致密度偏大．

點評：本題是一信息題，考查學生的知識拓展遷移能力，要求學生有良好的分析能力，能會從題干信息中找突破口，根據信息將學過的知識進行遷移