Question

【題目】疊氮化鈉(NaN3)常用作汽車安全氣囊中的藥劑。實驗室制取疊氮化鈉的原理、實驗裝置及實驗步驟如下：

①打開裝置D導管上的旋塞，加熱制取氨氣。

②再加熱裝置A中的金屬鈉，使其熔化并充分反應后，再停止加熱裝置D并關閉旋塞。

③向裝置A中b容器內充入加熱介質并加熱到210～220℃，然后通入N2O。

④冷卻，向產物中加入乙醇(降低NaN3的溶解度)，減壓濃縮結晶后，再過濾，并用乙醚洗滌，晾干。

已知：I．NaN3是易溶于水的白色晶體，微溶于乙醇，不溶于乙醚；

II．NaNH2熔點210℃，沸點400℃，在水溶液中易水解。

請回答下列問題：

(1)裝置B中盛放的藥品為______。

(2)步驟①中先加熱通氨氣的目的是_______________；步驟②氨氣與熔化的鈉反應生成NaNH2的化學方程式為__________；步驟③中最適宜的加熱方式為 ______(填“水浴加熱”，“油浴加熱”)。

(3)生成NaN3的化學方程式為 _______。

(4)圖中儀器a用的是鐵質而不用玻璃，其主要原因是_____。

(5)步驟④中用乙醚洗滌的主要目的是_______。

(6)實驗室用滴定法測定疊氮化鈉樣品中NaN3的質量分數：①將2.500 g試樣配成500.00 mL溶液。②取50.00 mL溶液置于錐形瓶中，加入50.00 mL 0.1010 mol·L-1(NH4)2Ce(NO3)6溶液。③充分反應后，將溶液稍稀釋，向溶液中加入8 mL濃硫酸，滴入3滴鄰菲啰啉指示液，用0.0500mol·L-1(NH4)2Fe(SO4)2標準溶液滴定過量的Ce4+，消耗溶液體積為29.00mL。測定過程的反應方程式為：2(NH4)2Ce(NO3)6+2NaN3=4NH4NO3+2Ce(NO3)3+2NaNO3+3N2↑；Ce4++Fe2+=Ce3++Fe3+；試樣中NaN3的質量分數為_______。

Answer 1

【答案】堿石灰(或氫氧化鈉固體) 排盡裝置中的空氣防止空氣中氧氣等與鈉發生反應 2Na+2NH32NaNH2+H2 油浴加熱 NaNH2+N2ONaN3+H2O 反應過程中有水生成會與鈉生成NaOH能腐蝕玻璃 NaN3不溶于乙醚，能減少NaN3的溶解損耗；且乙醚易揮發，有利于產品快速干燥 93.60%

【解析】

(1)根據已知：NaN3是易溶于水，故制備過程不能有水的參與，據此分析；

(2)反應物鈉與空氣中二氧化碳和水反應，需排除裝置內的空氣；氨氣與熔化的鈉反應生成NaNH2和氫氣；步驟③的溫度為210～220℃，選擇油浴加熱；

(3)NaNH2和N2O價態歸中得到NaN3，據此書寫；

(4)a中有可能生成NaOH，會腐蝕玻璃；

(5)根據“NaN3是易溶于水的白色晶體，微溶于乙醇，不溶于乙醚”分析；

(6根據方程式和電子守恒進行計算。

(1)已知：NaN3易溶于水，所以在制備過程不能有水，D中制備的氨氣含有水蒸氣，用B裝置盛放堿石灰(或氫氧化鈉固體)干燥氨氣；

(2)步驟①中先加熱通氨氣，排盡裝置中的空氣，防止空氣中的水蒸氣和二氧化碳進入與鈉反應；氨氣與熔化的鈉反應生成NaNH2和氫氣，反應為：2Na+2NH32NaNH2+H2；已知步驟③的溫度為210～220℃，故選擇油浴加熱；

(3)NaNH2和N2O生成NaN3的反應為：NaNH2+N2ONaN3+H2O；

(4)a中有可能生成NaOH，會腐蝕玻璃，故儀器a用的是鐵質而不用玻璃；

(5)由題可知，NaN3不溶于乙醚，能減少NaN3的溶解損耗；且乙醚易揮發，有利于產品快速干燥，故用乙醚洗滌產品；

(6)(NH4)2Ce(NO3)6的總的物質的量n[(NH4)2Ce(NO3)6]=0.1010mol/L×0.050L=0.00505mol，部分與疊氮化鈉反應，剩余的(NH4)2Ce(NO3)6用(NH4)2Fe(SO4)2標準溶液滴定，根據已知反應：Ce4++Fe2+=Ce3++Fe3+，參與反應的(NH4)2Ce(NO3)6與標準液的物質的量相等，為：0.0500mol/L×0.0290L=0.00145mol，故與疊氮化鈉反應的(NH4)2Ce(NO3)6有0.00505mol-0.00145mol=0.0036mol，根據反應有：NaN3～(NH4)2Ce(NO3)6，則2.500g試樣中疊氮化鈉的質量為：0.0036mol×65g/mol×=2.34g，所以試樣中NaN3的質量分數為×100%=93.60%。