Question

8．某小组的同学欲探究NH₃经一系列反应得到HNO₃和NH₄NO₃的过程，NH₃的转化过程如图1所示．

甲、乙两同学分别按图2所示装置进行实验．
用于A、B装置中的可选药品：浓氨水、30%H₂O₂溶液、蒸馏水、NaOH固体、MnO₂
（1）仪器a的名称是长颈漏斗，装置A的圆底烧瓶中发生反应的化学方程式为2H₂O₂$\frac{\underline{\;MnO_2\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑．装置E有多种作用，下列关于装置E的作用或其中所盛液体的说法中，不正确的是d（填下列序号字母）．
a．使氨气和氧气充分混合    
b．控制通入氨气和氧气的体积比
c．平衡装置内的压强    
d．锥形瓶内液体是饱和食盐水
（2）甲同学先点燃酒精灯，再打开K₁、K₂、K₃、K₄，反应一段时间后，他认为成功模拟了过程Ⅱ的反应，原因是其观察到（G处圆底烧瓶中）有红棕色气体产生（填支持其观点的实验现象）；甲同学进行的实验中产生的气体持续通入装置H一段时间后，H中的溶液变成蓝色，则其中铜片所参与反应的离子方程式为3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O，若制得的氨气仅按I→Ⅱ→III的顺序完全转化为硝酸，欲使H装置中所得溶液为纯净的CuSO₄溶液（忽略Cu²⁺的水解），理论上所需氨气在标准状况下的体积为2.24L（假设硝酸与铜反应产生的还原产物全部排出反应装置）；从所得CuSO₄溶液中得到CuSO₄•5H₂O晶体的法是将溶液蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥．
（3）乙同学为模拟过程IV的反应，在甲同学操作的基础上对该装置进行了下列各项中的一项操作，使G处圆底烧瓶中产生大量白烟，你认为这项操作是a（填下列序号字母）．
a．关闭K₃并熄灭酒精灯    
b．关闭K₄并熄灭酒精灯
c．关闭K₃、K₄并熄灭酒精灯
（4）丙同学认为该系列实验装置存在一处明显的设计缺陷，你认为该设计缺陷是缺少尾气处理装置．

Answer 1

分析 A、B分别用于制备氧气和氨气，由装置可知A应用于制备氧气，C为干燥装置，可为浓硫酸，B为制备氨气装置，可用浓氨水和NaOH固体制备，D为干燥氨气装置，在F中发生氧化还原反应生成NO，G中可生成二氧化氮气体，二氧化氮和水在H中反应生成硝酸，可氧化铜，生成的NO不能直接排放到空气中，应有尾气处理装置．
（1）由装置图可知a为长颈漏斗，装置A用于制备氧气，可由过氧化氢在二氧化锰催化作用下制备，E可用于混合物氧气和氨气，因氨气易溶于水，注意不能用水溶液；
（2）成功模拟了过程Ⅱ的反应，说明生成二氧化氮气体，颜色为红棕色，H中的溶液变成蓝色，说明硝酸氧化铜生成铜离子，欲使H装置中所得溶液为纯净的CuSO₄溶液，根据硫酸的物质的量可确定被氧化的铜的物质的量，结合N原子守恒计算消耗硝酸的物质的量，进而计算氨气的物质的量和体积；从所得CuSO₄溶液中得到CuSO₄•5H₂O晶体，可经蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥等操作；
（3）使G处圆底烧瓶中产生大量白烟，应通入氨气和硝酸反应；
（4）装置缺少尾气处理．

解答 解：A、B分别用于制备氧气和氨气，由装置可知A应用于制备氧气，C为干燥装置，可为浓硫酸，B为制备氨气装置，可用浓氨水和NaOH固体制备，D为干燥氨气装置，在F中发生氧化还原反应生成NO，G中可生成二氧化氮气体，二氧化氮和水在H中反应生成硝酸，可氧化铜，生成的NO不能直接排放到空气中，应有尾气处理装置．
（1）由装置图可知a为长颈漏斗，装置A用于制备氧气，可由过氧化氢在二氧化锰催化作用下制备，反应的方程式为2H₂O₂$\frac{\underline{\;MnO_2\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑，E可用于混合物氧气和氨气，控制通入氨气和氧气的体积比、平衡装置内的压强，因氨气易溶于水，则不能用水溶液，
故答案为：长颈漏斗；2H₂O₂$\frac{\underline{\;MnO_2\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑；d；
（2）成功模拟了过程Ⅱ的反应，说明生成二氧化氮气体，颜色为红棕色，H中的溶液变成蓝色，说明硝酸氧化铜生成铜离子，反应的离子方程式为3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O，n（H₂SO₄）=0.15L×1mol/L=0.15mol，则n（CuSO₄）=0.15mol，需要0.15molCu，则由3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O可知需要0.1molHNO₃，由N原子守恒可知需要0.1mol氨气，体积为0.1mol×22.4L/mol=2.24L，
从所得CuSO₄溶液中得到CuSO₄•5H₂O晶体，可经蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥等操作；
故答案为：（G处圆底烧瓶中）有红棕色气体产生；3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O；2.24L；蒸发浓缩、冷却结晶；
（3）使G处圆底烧瓶中产生大量白烟，应通入氨气和硝酸反应，因A制备氧气，B制备氨气，则关闭K₃并熄灭酒精灯，故答案为：a；
（4）最后生成的NO不能直接排放到空气中，为防止污染空气，应有尾气处理装置，故答案为：缺少尾气处理装置．

点评 本题考查了氨气制备及化学性质，为高考常见题型，题目难度中等，注意掌握氨气的制备原理及具有的化学性质，根据题干信息明确实验目的及反应原理为解答关键，试题有利于培养学生的分析、理解能力及化学实验能力．