Question

實驗題：
I、下列方法適用于實驗室中制備氨氣的是

 

a、固態(tài)氯化銨加熱分解              b、向固體氫氧化鈉中滴加濃氨水
c、氯化銨溶液與氫氧化鈉溶液共熱    d、固體氯化銨與氫氧化鈣固體混合加熱
II、為了在實驗室中利用工業(yè)原料制各少量氨氣，有人設(shè)計了如圖所示的裝置（圖中夾持裝置均已略去）．

實驗操作如下：
①檢查裝置的氣密性后，關(guān)閉彈簧夾a、b、c、d、e．在A中加入鋅粒，向長頸漏斗注入一定量的稀硫酸．打開彈簧夾c、d、e，則A中有氫氣產(chǎn)生．在F出口處收集到氫氣并檢驗其純度．
②關(guān)閉彈簧夾c，取下截去底部的細(xì)口瓶c，打開彈簧夾a，將氫氣經(jīng)導(dǎo)管B驗純后點燃，然后立即罩上無底細(xì)口瓶C，塞緊瓶塞，如圖所示．氫氣繼續(xù)在瓶內(nèi)燃燒，幾分鐘后火焰熄滅．
③用酒精燈加熱反應(yīng)管E，繼續(xù)通入氫氣，待無底細(xì)口瓶C內(nèi)水位下降到液面保持不變時，打開彈簧夾b，無底細(xì)口瓶C內(nèi)氣體經(jīng)D進(jìn)入反應(yīng)管E，片刻后F中的溶液變紅．
請回答下列問題：
（1）寫出反應(yīng)管E中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式

 

用方程式解釋F中溶液變紅的原因

 

（2）C瓶內(nèi)水位下降到液面保持不變時，A裝置內(nèi)發(fā)生的現(xiàn)象為

 

，防止了實驗裝置中壓強過大．此時再打開彈簧夾b的原因是

 

，C中氣體的主要成分為．

 

．
（3）為什么用酒精燈加熱反應(yīng)管E-段時間后再打開彈簧夾b

 

（4）為什么F裝置不用防倒吸的裝置

 

．

Answer 1

考點：氨的制取和性質(zhì)

專題：實驗設(shè)計題

分析：Ⅰ、（1）a、固態(tài)氯化銨加熱分解成氨氣和氯化氫，但氨氣和氯化氫一冷卻馬上又可以化合成氯化銨；
b、向固體氫氧化鈉中滴加濃氨水，氫氧化鈉吸水，放出大量熱，促進(jìn)NH₃?H₂O的分解及NH₃的揮發(fā)逸出；
c、氯化銨溶液與氫氧化鈉溶液不易于收集氨氣；
d、固體氯化銨與氫氧化鈣固體混合加熱可以制取氨氣；
Ⅱ、實驗步驟原理：①完成這一步后，相當(dāng)于先在整個裝置中通入了氫氣，先把裝置中的空氣進(jìn)行了排除，使氫氣與氨氣的反應(yīng)更安全．②關(guān)閉彈簧夾c，取下截去底部的細(xì)口瓶C，打開彈簧夾a，將氫氣經(jīng)導(dǎo)管B驗純后點燃，然后立即罩上無底細(xì)口瓶C，塞緊瓶塞，如圖所示．氫氣繼續(xù)在瓶內(nèi)燃燒，此時消耗的是無底細(xì)口瓶C中的氧氣，幾分鐘后火焰因缺氧而熄滅；③步先點燃E處酒精燈，只是為了先給催化劑升溫，因為催化劑也只有在適宜的溫度下才能發(fā)揮最大的活性，對于鐵觸媒來說，溫度應(yīng)該為500℃，在這同時，繼續(xù)通入氫氣，待無底細(xì)口瓶C內(nèi)水位下降到液面保持不變時，此時兩種氣體也混合的很均勻了，打開彈簧夾b，無底細(xì)口瓶C內(nèi)氣體經(jīng)D進(jìn)入反應(yīng)管E，在這個地方氮氣跟氫氣進(jìn)行反應(yīng)生成氨氣，但是這個反應(yīng)是可逆反應(yīng)，不可能大量的生成氨氣，盡管氨氣在水中的溶解度比較大，但由于該混合氣體中氨氣的量少，進(jìn)入F裝置的氣體中，含有較多難溶性的氣體，所以不易產(chǎn)生倒吸，據(jù)此回答．

解答： 解：Ⅰ、（1）a、固態(tài)氯化銨加熱分解成氨氣和氯化氫，但氨氣和氯化氫一冷卻馬上又可以化合成氯化銨，這個方案很難制氨氣，故a錯誤；
b、向固體氫氧化鈉中滴加濃氨水，氫氧化鈉吸水，放出大量熱，促進(jìn)NH₃?H₂O的分解及NH₃的揮發(fā)逸出，故b正確；
c、氯化銨溶液與氫氧化鈉溶液共熱反應(yīng)太劇烈并且生成的氨氣極易溶于水，不易收集氨氣，故c錯誤；
d、固體氯化銨與氫氧化鈣固體混合加熱可以制取氨氣，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2NH₄Cl+Ca（OH）₂

△   .

CaCl₂+2NH₃↑+2H₂O，故d正確．
故選bd；
Ⅱ、實驗步驟：①完成這一步后，相當(dāng)于先在整個裝置中通入了氫氣，先把裝置中的空氣進(jìn)行了排除，使氫氣與氨氣的反應(yīng)更安全．②關(guān)閉彈簧夾c，取下截去底部的細(xì)口瓶C，打開彈簧夾a，將氫氣經(jīng)導(dǎo)管B驗純后點燃，然后立即罩上無底細(xì)口瓶C，塞緊瓶塞，如圖所示．氫氣繼續(xù)在瓶內(nèi)燃燒，此時消耗的是無底細(xì)口瓶C中的氧氣，幾分鐘后火焰因缺氧而熄滅；③步先點燃E處酒精燈，只是為了先給催化劑升溫，因為催化劑也只有在適宜的溫度下才能發(fā)揮最大的活性，對于鐵觸媒來說，溫度應(yīng)該為500℃，在這同時，繼續(xù)通入氫氣，待無底細(xì)口瓶C內(nèi)水位下降到液面保持不變時，此時兩種氣體也混合的很均勻了，打開彈簧夾b，無底細(xì)口瓶C內(nèi)氣體經(jīng)D進(jìn)入反應(yīng)管E，在這個地方氮氣跟氫氣進(jìn)行反應(yīng)生成氨氣，但是這個反應(yīng)是可逆反應(yīng)，不可能大量的生成氨氣，盡管氨氣在水中的溶解度比較大，但由于該混合氣體中氨氣的量少，進(jìn)入F裝置的氣體中，含有較多難溶性的氣體，所以不易產(chǎn)生倒吸．
（1）氮氣和氫氣之間在催化劑的作用下發(fā)生反應(yīng)生成氨氣，即N₂+3H₂

高溫高壓

催化劑

2NH₃，氨氣極易溶于水，得到一水合氨，屬于一元弱堿，存在電離：NH₃?H₂O?NH₄⁺+OH^-，溶液顯示堿性，故答案為：N₂+3H₂

高溫高壓

催化劑

2NH₃；NH₃?H₂O?NH₄⁺+OH^-；
（2）當(dāng)C瓶內(nèi)水位下降到液面保持不變時，氮氣和氫氣兩種氣體也混合的很均勻了，C中的氣體成分是氮氣和氫氣，A中試管內(nèi)液面下降，長頸漏斗中液面上升，直到試管內(nèi)液面和鋅離分離，打開彈簧夾b，無底細(xì)口瓶C內(nèi)氣體經(jīng)D進(jìn)入反應(yīng)管E，在這個地方氮氣跟氫氣進(jìn)行反應(yīng)生成氨氣，并保證氫氣含量較多，提高氮氣的轉(zhuǎn)化率；
故答案為：試管內(nèi)液面下降，長頸漏斗中液面上升，直到試管內(nèi)液面和鋅離分離；使氣體進(jìn)入反應(yīng)管E，并保證氫氣含量較多，提高氮氣的轉(zhuǎn)化率；氮氣和氫氣；
（3）第③步先點燃E處酒精燈，只是為了先給催化劑升溫，因為催化劑也只有在適宜的溫度下才能發(fā)揮最大的活性，對于鐵觸媒來說，溫度應(yīng)該為500℃，所以用酒精燈加熱反應(yīng)管E-段時間后再打開彈簧夾b，是為了升高催化劑的溫度，使催化劑達(dá)到最佳活性溫度，以提高反應(yīng)速率，
故答案為：升高催化劑的溫度，使催化劑達(dá)到最佳活性溫度，以提高反應(yīng)速率；
（4）氮氣跟氫氣進(jìn)行反應(yīng)生成氨氣，但是這個反應(yīng)是可逆反應(yīng)，不可能大量的生成氨氣，盡管氨氣在水中的溶解度比較大，但由于該混合氣體中氨氣的量少，進(jìn)入F裝置的氣體中，含有較多難溶性的氣體，所以不易產(chǎn)生倒吸，
故答案為：該反應(yīng)是可逆反應(yīng)，在該反應(yīng)條件下，生成的氨氣含量較少，在進(jìn)入F裝置的氣體中含有較多難溶性的氣體，所以不易產(chǎn)生倒吸．

點評：本題是一道工業(yè)合成氨的實驗方案設(shè)計題，考查學(xué)生分析和解決問題的能力，注意知識的歸納和梳理是關(guān)鍵，難度大．