Question

【题目】19世纪末，科学家瑞利通过如下两种方法制得氮气，并测得其密度，从而获得科学史上的重大发现。请你参与以下的科学发现过程。

方法I:利用空气分离出氮气

实验步骤	解释或结论
（1）将清新洁净的空气通过NaOH溶液，再通过浓硫酸。	通过浓硫酸的 目的是为了除去空气中的_____________。
（2）将气体通过能与氧气反应的物质（提示:反应不能生成新的气体）	请写 出一种能用于除去氧气的物质____________。
（3）收集剩余气体，并测定该气体的密度。	密度: 1.2572g/L

方法Ⅱ:用亚硝酸钠（NaNO2）和氯化铵（NH4Cl）反应制取氮气，同时还生成了氯化钠和一种常见的液态物质（反应装置如下图所示，其中B部分的冰盐起冷凝作用）。测得氮气的密度为1.2508g/L.该反应的化学方程式为_____________________________。

[实验验证]实验小组同学采用方法Ⅱ测定氮气的密度，操作步骤如下:

① 20°C时，经过必要的实验操作后，取含NH4Cl固体0.214g的饱和NH4Cl溶液放入烧瓶，连接装置；

② 调节水准管，使其与量气管中液面相平，记录量气管中水面读数为10.0mL；

③打开分液漏斗的活塞，逐滴滴入饱和NaNO2溶液，加热至反应发生，移走酒精灯:

④ 烧瓶中不再产生气泡时，关闭分液漏斗A的活塞；

⑤待冷却至室温，调节两边液面高度相平，记录量气管中水面读数为100.0mL；

⑥处理剩余药品，整理实验台。

[实验分析及数据处理]

（1）步骤①中加入药品前必须进行的实验操作是_________________；

（2）步骤③中移走酒精灯后，实验可持续进行的原因是_________________；

（3）计算该实验中生成的氮气的密度为___________________g/L（保留4位小数）

[解释与结论]瑞利（Rayleigh）发现，采用方法Ⅰ得到的氮气在相同条件下比其他方法得到的纯氮气密度总是偏大0.5%~ 0.6%。若实验设计与操作均无错误，且氮气已完全干燥，请解释产生这一现象的原因是________________；（已知:相同条件下，气体的相对分子质量越大，密度就越大）

[反思与评价]

（1）装置中A部分的分液漏斗与蒸馏烧瓶之间连接的导管所起的作用是____

A 防止NaNO2饱和溶液蒸发

B 保证实验装置不漏气

C 使NaNO2饱和溶液顺利滴下

D 使测得的N2体积更准确

（2）科学家瑞利仅仅是从小数点第三位数的差别，发现了新物质。这启示我们在今后的学习和生活中要学习科学家的______________。

A 严谨求实的科学态度和敢于怀疑的批判精神

B 科学研究中遇到疑惑就趁早放弃，不要浪费时间

C 不能因为微小的差异而放过一次成功的机会

D 要相信权威，权威一定是正确的

（3）在实验室中，我们也可将氨气通过炽热的装有氧化铜的硬质玻璃管，生成铜、氮气和水蒸气，该反应的化学方程式为_______________________，若实验操作正确，除去水蒸气，经过精确测定，用该方法测得的氮气密度数值应与上述方法__________________ （填“I”或“II”）的更接近。

Answer 1

【答案】水蒸气（或H2O） 铜（或红磷） 检查装置气密性 NaNO2和NH4CI反应放热,可提供自身反应所需要的温度 1.2444 空气中含有少量密度比氮气大的物质，如稀有气体等没有被除去 CD AC Ⅱ

【解析】

方法I：
（1）将清新洁净的空气通过NaOH溶液可以除去空气中的二氧化碳，浓硫酸具有吸水性，再通过浓硫酸可以除去空气中的水蒸气（或H2O）；

（2）除去空气中的氧气，可将气体通过能与氧气反应的物质且产物为固体，例如红磷、铜等，所以实验过程如下表所示：

实验步骤	解释或结论
（1）将清新洁净的空气通过NaOH溶液，再通过浓硫酸。	通过浓硫酸的 目的是为了除去空气中的水蒸气（或H2O）。
（2）将气体通过能与氧气反应的物质（提示：反应不能生成新的气体）	一种能用于除去氧气的物质是铜（或红磷）
（3）收集剩余气体，并测定该气体的密度。	密度: 1.2572g/L

方法Ⅱ：

用亚硝酸钠（NaNO2）和氯化铵（NH4Cl）反应制取氮气，同时还生成了氯化钠和一种常见的液态物质，根据质量守恒定律和水的物理性质可知，该液态物质是水，该反应的化学方程式为：；

实验分析及数据处理：

（1）为了实验结果准确，有气体参与的实验，对装置首先进行气密性检查；

（2）酒精灯加热供给反应开始所需的热量后，NaNO2和NH4CI反应放热,可提供自身反应所需要的温度；

（3）生成氮气体积=100mL-10mL=90mL=0.09L；

设生成氮气质量为x。

x=0.112g；

实验中生成的氮气的密度=；

解释与结论：

根据题目信息，气体相对分子质量越大，气体密度越大，空气中比氮气密度大的气体为二氧化碳和稀有气体，二氧化碳被吸收除去，所以只有稀有气体可以影响氮气的密度的增大。瑞利（Rayleigh）发现，采用方法Ⅰ得到的氮气在相同条件下比其他方法得到的纯氮气密度总是偏大0.5%~ 0.6%。若实验设计与操作均无错误，且氮气已完全干燥，产生这一现象的原因是空气中含有少量密度比氮气大的物质，如稀有气体等没有被除去；

反思与评价：

（1）连接导管，联通内部的压强，可以保证液体顺利留下，避免压差导致液体流通不畅；避免饱和NaNO2溶液加入烧瓶后，引起的气体体积变化，使测得的N2体积更准确。故选CD；

（2）A、化学学习中要以事实说话，抱有严谨的科学精神，同时对发现的不同现象敢于提出疑问，持有敢于批判的精神，故A正确；

B、缺乏毅力，不能保持刻度求真的态度，不符合学习的精神，故B错误；

C、善于抓住细小，细节决定成败，故C正确；

D、面对疑问要敢于质疑，不得人云亦云，权威不一定正确，故D错误。故选AC。

（3）在实验室中，我们也可将氨气通过炽热的装有氧化铜的硬质玻璃管，生成铜、氮气和水蒸气，该反应的化学方程式为：；利用化学反应制备氮气，没有稀有气体存在。若实验操作正确，除去水蒸气，经过精确测定，用该方法测得的氮气密度数值应与上述方法II的更接近。