Question

19．某小組的同學欲探究NH₃經(jīng)一系列反應得到HNO₃和NH₄NO₃的過程．NH₃的轉(zhuǎn)化過程如圖所示：

甲、乙兩同學分別按如圖所示裝置進行實驗．用于A、B裝置中的可選藥品：濃氨水、30%H₂O₂溶液、蒸餾水、NaOH固體、MnO₂．

（1）儀器a的名稱是長頸漏斗，裝置A的圓底燒瓶中發(fā)生反應的化學方程式為2H₂O₂$\frac{\underline{\;MnO_2\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑．
（2）裝置E有多種作用，下列關于裝置E的作用或其中所盛液體的說法中，不正確的是d（填下列序號字母）．
a．使氨氣和氧氣充分混合    b．控制通入氨氣和氧氣的體積比
c．平衡裝置內(nèi)的壓強    d．錐形瓶內(nèi)液體是飽和食鹽水
（3）甲同學先點燃酒精燈，再打開K₁、K₂、K₃、K₄，反應一段時間后，他認為成功模擬了過程Ⅱ的反應，原因是其觀察到（G處圓底燒瓶中）有紅棕色氣體產(chǎn)生（填支持其觀點的實驗現(xiàn)象）．甲同學進行的實驗中產(chǎn)生的氣體持續(xù)通入裝置H一段時間后，H中的溶液變成藍色，則其中銅片所參與反應的離子方程式為3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O．若制得的氨氣僅按I→Ⅱ→III的順序完全轉(zhuǎn)化為硝酸，欲使H裝置中所得溶液為純凈的CuSO₄溶液（忽略Cu²⁺的水解），理論上所需氨氣在標準狀況下的體積為2.24LL（假設硝酸與銅反應產(chǎn)生的還原產(chǎn)物全部排出反應裝置）．
（4）乙同學為模擬過程IV的反應，在甲同學操作的基礎上對該裝置進行了下列各項中的  一項操作，使G處圓底燒瓶中產(chǎn)生大量白煙，你認為這項操作是關閉K₃并熄滅酒精燈．
（5）丙同學認為該系列實驗裝置存在一處明顯的設計缺陷，你認為該設計缺陷是缺少尾氣處理裝置．

Answer 1

分析 A、B分別用于制備氧氣和氨氣，由裝置可知A應用于制備氧氣，C為干燥裝置，可為濃硫酸，B為制備氨氣裝置，可用濃氨水和NaOH固體制備，D為干燥氨氣裝置，在F中發(fā)生氧化還原反應生成NO，G中可生成二氧化氮氣體，二氧化氮和水在H中反應生成硝酸，可氧化銅，生成的NO不能直接排放到空氣中，應有尾氣處理裝置；
（1）由裝置圖可知a為長頸漏斗，裝置A用于制備氧氣，可由過氧化氫在二氧化錳催化作用下制備；
（2）E可用于混合物氧氣和氨氣，因氨氣易溶于水，注意不能用水溶液；
（3）成功模擬了過程Ⅱ的反應，說明生成二氧化氮氣體，顏色為紅棕色，H中的溶液變成藍色，說明硝酸氧化銅生成銅離子，欲使H裝置中所得溶液為純凈的CuSO₄溶液，根據(jù)硫酸的物質(zhì)的量可確定被氧化的銅的物質(zhì)的量，結合N原子守恒計算消耗硝酸的物質(zhì)的量，進而計算氨氣的物質(zhì)的量和體積；從所得CuSO₄溶液中得到CuSO₄•5H₂O晶體，可經(jīng)蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥等操作；
（4）使G處圓底燒瓶中產(chǎn)生大量白煙，應通入氨氣和硝酸反應；
（5）裝置缺少尾氣處理．

解答 解：A、B分別用于制備氧氣和氨氣，由裝置可知A應用于制備氧氣，C為干燥裝置，可為濃硫酸，B為制備氨氣裝置，可用濃氨水和NaOH固體制備，D為干燥氨氣裝置，在F中發(fā)生氧化還原反應生成NO，G中可生成二氧化氮氣體，二氧化氮和水在H中反應生成硝酸，可氧化銅，生成的NO不能直接排放到空氣中，應有尾氣處理裝置．
（1）由裝置圖可知a為長頸漏斗，裝置A用于制備氧氣，可由過氧化氫在二氧化錳催化作用下制備，反應的方程式為2H₂O₂$\frac{\underline{\;MnO_2\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑；故答案為：長頸漏斗；2H₂O₂$\frac{\underline{\;MnO_2\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑；
（2）E可用于混合物氧氣和氨氣，控制通入氨氣和氧氣的體積比、平衡裝置內(nèi)的壓強，因氨氣易溶于水，則不能用水溶液，
故答案為：d；
（3）成功模擬了過程Ⅱ的反應，說明生成二氧化氮氣體，顏色為紅棕色，H中的溶液變成藍色，說明硝酸氧化銅生成銅離子，反應的離子方程式為3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O，n（H₂SO₄）=0.15L×1mol/L=0.15mol，則n（CuSO₄）=0.15mol，需要0.15molCu，則由3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O可知需要0.1molHNO₃，由N原子守恒可知需要0.1mol氨氣，體積為0.1mol×22.4L/mol=2.24L，
從所得CuSO₄溶液中得到CuSO₄•5H₂O晶體，可經(jīng)蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥等操作；
故答案為：（G處圓底燒瓶中）有紅棕色氣體產(chǎn)生；3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O；2.24L；
（4）使G處圓底燒瓶中產(chǎn)生大量白煙，應通入氨氣和硝酸反應，因A制備氧氣，B制備氨氣，則關閉K₃并熄滅酒精燈，故答案為：關閉K₃并熄滅酒精燈；
（5）最后生成的NO不能直接排放到空氣中，為防止污染空氣，應有尾氣處理裝置，故答案為：缺少尾氣處理裝置．

點評 本題考查了氨氣制備及化學性質(zhì)，為高考常見題型，題目難度中等，注意掌握氨氣的制備原理及具有的化學性質(zhì)，根據(jù)題干信息明確實驗目的及反應原理為解答關鍵，試題有利于培養(yǎng)學生的分析、理解能力及化學實驗能力．