Question

13．氮及其化合物在化学实验中有广泛应用：
（1）请写出实验室用Cu和稀硝酸反应制备NO的离子方程式：3Cu+8H⁺+2NO₃^-═3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O；
（2）请设计实验，检验某可溶性固体物质中含有NH${\;}_{4}^{+}$的操作、现象、结论：取少量待测固体（或先配制成浓溶液亦可）于试管中，加入过量浓的NaOH溶液，加热，在试管口放置湿润的红色石蕊试纸，产生无色有刺激性气味的气体，且试纸变蓝，则原溶液含有NH₄⁺；
（3）实验室可用（NH₄）₂Cr₂O₇受热分解产生N₂、Cr₂O₃和H₂O来制备N₂，请写出该分解反应的化学方程式：（NH₄）₂Cr₂O₇$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Cr₂O₃+N₂↑+4H₂O；
（4）有人发现重铬酸铵分解产物不仅含N₂、Cr₂O₃和H₂O，还含有NH₃和O₂，并指出伴随有显著的副反应发生：
2（NH₄）₂Cr₂O₇$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Cr₂O₃+4NH₃↑+2H₂O+3O₂↑；设计如图所示实验装置，并通过实验方法验证了NH₃和O₂的存在（忽略空气中O₂的干扰）．
限选试剂：Na₂S溶液、Na₂SO₃溶液、FeSO₄溶液；
限选仪器：试管、玻璃导管、漏斗、烧杯、胶头滴管
①图中试管口玻璃纤维的作用是缓冲气流，防止固体被气流带进入导管，堵塞导管；
②根据实验目的，选择一种试剂和最佳的仪器补全该实验装置（在方框中画图并标注所选试剂）；
③写出该法验证NH₃和O₂存在的实验原理的化学方程式：2NH₃+2H₂O+FeSO₄=Fe（OH）₂↓+（NH₄）₂SO₄、4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O=4Fe（OH）₃（或8NH₃+10H₂O+4FeSO₄+O₂=4Fe（OH）₃↓+4（NH₄）₂SO₄）．

Answer 1

分析 （1）铜与稀硝酸反应氧化还原反应生成硝酸铜、NO气体和水；
（2）检验铵根离子的方法一般为：向铵盐中进入氢氧化钠、加热，用湿润的红色石蕊试纸检验是否有变蓝，从而判断是否含有铵根离子；
（3）反应中Cr元素和N元素的化合价发生变化，根据化合价升降相等配平并写出该反应的化学方程式；
（4）①反应中固体容易堵塞导管，且生成气体的气流不稳定，据此判断使用玻璃纤维的目的；
②氨气极易溶于水，需要使用防倒吸装置吸收氨气，检验氨气和氧气，需要选用硫酸亚铁溶液，据此设计方案并画出装置图；
③氨气与硫酸亚铁反应生成白色的氢氧化亚铁沉淀，据此证明存在氨气；氢氧化亚铁与氧气反应生成红褐色的氢氧化铁沉淀，据此判断反应中生成了氧气．

解答 解：（1）铜与稀硝酸反应反应生成硝酸铜、一氧化氮气体和水，反应的离子方程式为3Cu+8H⁺+2NO₃^-═3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O，
故答案为：3Cu+8H⁺+2NO₃^-═3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O；
（2）通常用强碱溶液和湿润的红色石蕊试纸检验铵根离子，其操作方法、现象及结论为：取少量待测固体（或先配制成浓溶液亦可）于试管中，加入过量浓的NaOH溶液，加热，在试管口放置湿润的红色石蕊试纸，产生无色有刺激性气味的气体，且试纸变蓝，则原溶液含有NH₄⁺，
故答案为：取少量待测固体（或先配制成浓溶液亦可）于试管中，加入过量浓的NaOH溶液，加热，在试管口放置湿润的红色石蕊试纸，产生无色有刺激性气味的气体，且试纸变蓝，则原溶液含有NH₄⁺；
（3）实验室可用（NH₄）₂Cr₂O₇受热分解产生N₂、Cr₂O₃和H₂O来制备N₂，（NH₄）₂Cr₂O₇中铬元素的化合价为+6，氮元素的化合价为-3，反应后分别生成Cr₂O₃、N₂，铬元素化合价变化至少为：（6-3）×2=6，N元素化合价至少升高：[0-（-3）]×2=6，则化合价变化的最小公倍数为6，所以Cr₂O₃、N₂的系数都是1，然后利用质量守恒配平可得（NH₄）₂Cr₂O₇$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Cr₂O₃+N₂↑+4H₂O，
故答案为：（NH₄）₂Cr₂O₇$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Cr₂O₃+N₂↑+4H₂O；
（4）①反应中固体容易堵塞导管，且生成气体的气流不稳定，所以使用玻璃纤维缓冲气流，防止固体被气流带进入堵塞导管，
故答案为：缓冲气流，防止固体被气流带进入导管，堵塞导管；
②检验氨气和氧气，发生的反应必须具有明显现象，如颜色变化、沉淀等，氨气能够与硫酸亚铁溶液反应生成氢氧化亚铁沉淀：2NH₃+2H₂O+FeSO₄=Fe（OH）₂↓+（NH₄）₂SO₄，氢氧化亚铁在溶液中遇到氧气能够被氧化成红褐色的氢氧化铁：4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O=4Fe（OH）₃），所以用硫酸亚铁检验；氨气极易溶于水，需要用倒置的漏斗吸收氨气，据此画出的检验氨气和氧气的装置图为，故答案为：；
③根据②的分析可知，检验氨气的反应原理为：2NH₃+2H₂O+FeSO₄=Fe（OH）₂↓+（NH₄）₂SO₄；检验氧气的反应方程式为4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O=4Fe（OH）₃），
故答案为：2NH₃+2H₂O+FeSO₄=Fe（OH）₂↓+（NH₄）₂SO₄、4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O=4Fe（OH）₃）（或8NH₃+10H₂O+4FeSO₄+O₂=4Fe（OH）₃↓+4（NH₄）₂SO₄）．

点评 本题考查了性质实验方案的设计与评价，题目难度中等，明确常见物质的性质及检验方案的设计原则为解答关键，注意掌握化学实验基本操作方法及其应用，试题充分考查了学生的分析、理解能力及灵活应用基础知识的能力．