Question

10．某校研究性学习小组的同学学习完氮的有关物质的性质之后，对氮元素的氢化物和氧化物的性质进行了更深入的研究．
Ⅰ．NH₃的性质的探究
（1）实验室制取氨气的化学方程式为2NH₄Cl+Ca（OH）₂ $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CaCl₂+2NH₃↑+2H₂O．
（2）该小组的同学设计了如图1所示的实验装置（夹持及尾气处理装置未画出），探究氨气的还原性．
①该装置在设计上有一定缺陷，为保证实验结果的准确性，对该装置的改进措施是在装置A与B之间增加装有碱石灰的U型管．
②利用改进后的装置进行实验，观察到CuO变为红色物质，无水CuSO₄变蓝色，同时生成一种无污染的气体．则氨气与CuO反应的化学方程式为3CuO+2NH₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$3Cu+N₂+3H₂O．
③有同学认为：NH₃与CuO反应生成的红色物质中可能含有Cu₂O．已知：Cu₂O是一种碱性氧化物；在酸性溶液中，Cu⁺→Cu+Cu²⁺．请设计一个简单的实验检验该红色物质中是否含有Cu₂O取少量样品，加入稀硫酸，若溶液出现蓝色，说明含有Cu₂O，否则不含有；
Ⅱ．某化学兴趣小组以碳和浓硝酸为起始原料，想利用一氧化氮与过氧化钠反应制备亚硝酸钠．设计装置如图2（忽略装置中空气的影响），请回答下列问题：
（3）装置A的试管中发生反应的化学方程式是C+4HNO₃（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$ CO₂+4NO₂↑+2H₂O；
（4）猜测B中可以观察的主要现象是铜片逐渐溶解，溶液逐渐变蓝；E装置的作用是吸收D中未反应完的NO，以免污染空气；
（5）已知：①室温下存在反应3HNO₂=HNO₃+2NO↑+H₂O；②在酸性溶液中，NO₂^-可将MnO₄^-还原为Mn²⁺且无气体生成．写出检验D中产物是亚硝酸钠的方法：（写出必要的离子反应方程式）方法Ⅰ：将生成物置于试管中，加入稀硫酸，若产生无色气体并在液面上方变为红棕色，则D中产物是亚硝酸钠．反应的离子方程式是3NO₂^-+2H⁺=NO₃^-+2NO↑+H₂O
方法Ⅱ：将生成物置于试管中，加入酸性KMnO₄溶液，若溶液紫色褪去，则D中产物是亚硝酸钠，反应的离子方程式是5NO₂^-+2MnO₄^-+6H⁺=5NO₃^-+2Mn²⁺+3H₂O；
（6）同学们经过讨论认为上述装置除和实验Ⅰ有相同缺陷外仍有其他缺陷，请指出存在的其他缺陷尾气处理生成的NO₂会污染空气，需用NaOH溶液进一步吸收．

Answer 1

分析 Ⅰ．NH₃的性质的探究
（1）实验室用氯化铵和消石灰反应制备氨气；
（2）①氯化铵和消石灰反应生成氨气和水，氨气和CuO反应前应先干燥；
②由题意可知生成物为铜、氮气和水，以此书写化学方程式；
③依据氧化亚铜在酸溶液中发生自身氧化还原反应生成铜和铜离子，溶液蓝色证明氧化亚铜的存在；
Ⅱ．（3）A装置为C与HNO₃（浓）反应生成二氧化碳、二氧化氮和水；
（4）A中生成的气体中二氧化氮溶于水生成硝酸和一氧化氮，稀硝酸和铜反应生成硝酸铜溶液，E中高锰酸钾溶液具有强氧化性能吸收一氧化氮，防止污染空气；
（5）根据题目给的信息可知：①常温下HNO₂不稳定；②在酸性溶液中，NO₂^-可将MnO₄^-还原为Mn²⁺，使溶液紫色褪去．据此设计；
（6）尾气处理过程中生成的二氧化氮是污染性气体需要吸收．

解答 解：（1）实验室用氯化铵和消石灰反应制备氨气，反应的化学方程式为2NH₄Cl+Ca（OH）₂ $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CaCl₂+2NH₃↑+2H₂O；
故答案为：2NH₄Cl+Ca（OH）₂ $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CaCl₂+2NH₃↑+2H₂O
（2）①氯化铵和消石灰反应生成氨气和水，氨气和CuO反应前应先干燥；
故答案为：在装置A与B之间增加装有碱石灰的U型管；
②CuO变为红色物质，无水CuSO₄变蓝色，同时生成一种无污染的气体，说明生成铜、氮气和水，反应的化学方程式为：3CuO+2NH₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$3Cu+N₂+3H₂O；
故答案为：3CuO+2NH₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$3Cu+N₂+3H₂O
③Cu₂O是一种碱性氧化物，在酸性溶液中Cu⁺生成Cu+Cu²⁺，据此反应设计实验验证是否含有氧化亚铜，步骤为：取少量样品，加入稀硫酸，若溶液出现蓝色，说明含有Cu₂O，否则不含有；
故答案为：取少量样品，加入稀硫酸，若溶液出现蓝色，说明含有Cu₂O，否则不含有；
（3）A装置为C与HNO₃（浓）反应制取NO₂，反应方程式为C+4HNO₃（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+4NO₂↑+2H₂O，
故答案为：C+4HNO₃（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+4NO₂↑+2H₂O；
（4）A中生成的气体中二氧化氮溶于水生成硝酸和一氧化氮，稀硝酸和铜反应生成硝酸铜溶液，B中可以观察的主要现象是：铜片逐渐溶解，溶液逐渐变蓝，E中高锰酸钾溶液具有强氧化性能吸收一氧化氮，防止污染空气，E装置的作用是：吸收D中未反应完的NO，以免污染空气，
故答案为：铜片逐渐溶解，溶液逐渐变蓝；吸收D中未反应完的NO，以免污染空气；
（5）根据题目给的信息可知：①常温下HNO₂不稳定；②在酸性溶液中，NO₂^-可将MnO₄^-还原为Mn²⁺，使溶液紫色褪去，据此设计方案．
方法1：将生成物置于试管中，加入稀硫酸，若产生无色气体并在液面上方变为红棕色，则D中产物是亚硝酸钠．反应的离子方程式是3NO₂^-+2H⁺=NO₃^-+2NO↑+H₂O
方法2：将生成物置于试管中，加入酸性KMnO₄溶液，若溶液紫色褪去，则D中产物是亚硝酸钠，反应的离方程式是5 NO₂^-+2MnO₄^-+6H⁺=5 NO₃^-+2Mn²⁺+3H₂O，
故答案为：方法Ⅰ：将生成物置于试管中，加入稀硫酸，若产生无色气体并在液面上方变为红棕色，则D中产物是亚硝酸钠．反应的离子方程式是3NO₂^-+2H⁺=NO₃^-+2NO↑+H₂O
方法Ⅱ：将生成物置于试管中，加入酸性KMnO₄溶液，若溶液紫色褪去，则D中产物是亚硝酸钠，反应的离子方程式是5NO₂^-+2MnO₄^-+6H⁺=5NO₃^-+2Mn²⁺+3H₂O；
（6）上述装置除和实验Ⅰ有相同缺陷外仍有其他缺陷是一氧化氮处理后生成的二氧化氮排放到空气中污染环境，尾气处理生成的NO₂会污染空气，需用NaOH溶液进一步吸收，
故答案为：尾气处理生成的NO₂会污染空气，需用NaOH溶液进一步吸收．

点评 本题为综合探究实验题，考查了氨气实验室制备方法，氨气的性质验证实验设计用于分析判断，化学方程式的书写即实验方案的设计，首先要明确该实验的目的，然后围绕该实验目的，分析题给实验装置中可能涉及的反应原理及装置作用，最后紧扣题意回答有关的问题，题目难度中等．