Question

實(shí)驗(yàn)室可以通過(guò)以下三條途徑按不同要求制取氮?dú)猓?BR>①加熱NaNO₂（一種致癌物質(zhì)，有毒）與NH₄Cl的混合物濃溶液制取N₂；
②將空氣通過(guò)灼熱的活性銅粉制得較純凈的N₂；
③加熱條件下用NH₃還原CuO得純凈的N₂和活性銅粉．
如圖所示，給出了按上述途徑制取N₂可供選擇的幾種實(shí)驗(yàn)裝置：

請(qǐng)回答下列問(wèn)題：
（1）按途徑①制取N₂時(shí)，應(yīng)選用上述裝置中的

F

（填裝置代碼）做發(fā)生裝置．
（2）若只需較純凈的N₂，有同學(xué)建議把②和③兩條途徑協(xié)同使用，這樣做的好處是

銅和氧化銅可循環(huán)使用，節(jié)省試劑（或避免使用有毒物質(zhì)而造成污染）

．
（3）按途徑③制取N₂時(shí)，若氣流從左到右的順序所需的上述裝置是：A→C→B→D．在A裝置中所需要的試劑是

濃氨水

和

生石灰

．（寫(xiě)試劑名稱）
①甲同學(xué)：為通過(guò)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象驗(yàn)證C處有水產(chǎn)生，必須在C裝置前后都連接E裝置，其中填充的固體藥品按前后順序分別為

堿石灰（或無(wú)水氯化鈣）

、

無(wú)水硫酸銅

．（寫(xiě)試劑名稱）
②乙同學(xué)：實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)黑色固體完全變紅，質(zhì)疑此時(shí)紅色固體可能含Cu₂O．通過(guò)查閱資料知：Cu₂O+2H⁺=Cu²⁺+Cu+H₂O．依據(jù)信息，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明C處的紅色固體中是否含有Cu₂O：

取樣加入稀硫酸后溶液呈藍(lán)色，即證明含Cu₂O

③丙同學(xué)：實(shí)驗(yàn)時(shí)充分加熱，至C裝置硬質(zhì)玻管質(zhì)量不再減輕為止．實(shí)驗(yàn)完畢后，若實(shí)驗(yàn)測(cè)得收集的N₂體積為aL（已折算為標(biāo)準(zhǔn)狀況），硬質(zhì)玻管質(zhì)量減輕了bg．則氨分子中氮、氫的原子個(gè)數(shù)比為（用含a、b的字母的代數(shù)式表示）

16a

22.4b

（此空記3分）．
（4）目前工業(yè)上用氮?dú)夂蜌錃庵苯雍铣砂保�氨�?jīng)一系列反應(yīng)可制得硝酸．在以上各步反應(yīng)中，按要求完成化學(xué)反應(yīng)方程式：
①氮元素只發(fā)生還原反應(yīng)

N₂+3H₂

高溫高壓

催化劑

2NH₃

、
②氮元素既發(fā)生氧化反應(yīng)又發(fā)生還原反應(yīng)：

3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO

．

Answer 1

分析：（1）根據(jù)反應(yīng)物狀態(tài)和反應(yīng)條件選擇發(fā)生裝置；
（2）根據(jù)綠色化學(xué)的定義結(jié)合反應(yīng)的原理分析優(yōu)點(diǎn)；
（3）濃氨水逐滴加到生石灰中可以放出氨氣；
①根據(jù)2NH₃+3CuO

△   .

N₂+3Cu+3H₂O的反應(yīng)物和生成物性質(zhì)解答；
②根據(jù)Cu₂O+H₂SO₄（稀）=Cu+CuSO₄+H₂O進(jìn)行解答；
③根據(jù)2NH₃+3CuO

△   .

N₂+3Cu+3H₂O，體積為aLN₂中的氮原子來(lái)自于氨氣中的氮，硬質(zhì)玻管質(zhì)量減輕了bg，為氧化銅中氧元素的質(zhì)量，據(jù)此解答；
（4）根據(jù)N₂+3H₂

高溫高壓

催化劑

2NH₃，4NH₃+5O₂

催化劑 .

△

4NO+6H₂O，2NO+O₂

△   .

2NO₂，3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO解答；

解答：解：（1）根據(jù)信息反應(yīng)物是亞硝酸鈉（NaNO₂）和氯化銨的混合物濃溶液，NaNO₂+NH₄Cl

△   .

NaCl+N₂↑+2H₂O，需圓底燒瓶作反應(yīng)容器，需加熱，E裝置適合，
故答案為：E；
（2）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(huán)使用，方法一使用有毒的亞硝酸鈉，方法二和三避免使用有毒物質(zhì)而造成污染，因此聯(lián)合使用方法二和方法三的優(yōu)點(diǎn)有：銅和氧化銅可循環(huán)使用，節(jié)省試劑（或避免使用有毒物質(zhì)而造成污染），
故答案為：銅和氧化銅可循環(huán)使用，節(jié)省試劑（或避免使用有毒物質(zhì)而造成污染）；
（3）加熱條件下用NH₃還原CuO得純凈的N₂和活性銅粉，制取N₂時(shí)，若氣流從左到右的順序所需的上述裝置是：A為制取氨氣的裝置，該裝置的特點(diǎn)是固體和液體反應(yīng)不用加熱制取氣體，濃氨水逐滴加到生石灰中可以放出氨氣，在A裝置中所需要的試劑是濃氨水和生石灰，故答案為：濃氨水；生石灰；
①2NH₃+3CuO

△   .

N₂+3Cu+3H₂O，為通過(guò)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象驗(yàn)證C處有水產(chǎn)生，先須干燥氨氣，干燥氨氣用堿石灰，驗(yàn)證產(chǎn)物水用無(wú)水硫酸銅，
故答案為：堿石灰（或無(wú)水氯化鈣）；無(wú)水硫酸銅；
②Cu₂O+H₂SO₄（稀）=Cu+CuSO₄+H₂O紅色固體與酸反應(yīng)，如果溶液變藍(lán)說(shuō)明有氧化亞銅存在，
故答案為：取樣加入稀硫酸后溶液呈藍(lán)色，即證明含Cu₂O；
③體積為aLN₂中的氮原子來(lái)自于氨氣中的氮，氮原子的物質(zhì)的量為

aL

22.4L/mol

×2，硬質(zhì)玻管質(zhì)量減輕了bg，為氧化銅中氧元素的物質(zhì)的量

bg

16g/mol

，水中氫原子個(gè)數(shù)是氧原子個(gè)數(shù)的兩倍，因此氫原子個(gè)數(shù)為

bg

16g/mol

×2，因此氨分子中氮、氫的原子個(gè)數(shù)比為

16a

22.4b

，
故答案為：

16a

22.4b

；
（4）工業(yè)上用氫氣和氮?dú)夂铣砂睔釴₂+3H₂

高溫高壓

催化劑

2NH₃，氮元素從氮?dú)庵械牧銉r(jià)變?yōu)楫a(chǎn)物中NH₃的-3價(jià)被還原，氨氣催化氧化生成一氧化氮和水4NH₃+5O₂

催化劑 .

△

4NO+6H₂O該反應(yīng)中氮元素從NH₃的-3價(jià)被氧化成NO中+2價(jià)的氮，2NO+O₂

△   .

2NO₂，該反應(yīng)中NO中+2價(jià)的氮被氧化成+4價(jià)氮的NO₂，3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO，該反應(yīng)中氮元素從+4變?yōu)?5價(jià)和+2價(jià)既被氧化又被還原，
故答案為：N₂+3H₂

高溫高壓

催化劑

2NH₃；3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO．

點(diǎn)評(píng)：本題是一道關(guān)于三條途徑按不同要求制取氮?dú)獾木C合性實(shí)驗(yàn)題，從題干信息中找突破口，根據(jù)信息將學(xué)過(guò)的知識(shí)進(jìn)行遷移是解答本題的關(guān)鍵，題目難度中等．