Question

2．某小组同学欲探究NH₃与O₂反应的反应过程，按下列装置进行实验．

（1）A、B装置中可选药品：浓氨水、H₂O₂、CaO、CaCO₃、MnO₂、浓盐酸、蒸馏水．
①则A装置中发生反应的化学方程式为2H₂O₂$\frac{\underline{\;MnO_{2}\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑；B装置中锥形瓶中盛放的药品是CaO．
②E装置中氨气被催化氧化生成一氧化氮时的化学方程式为4NH₃+5O₂$\frac{\underline{催化剂}}{△}$4NO+6H₂O．
③F装置中可以看到有红棕色气体和白烟生成，红棕色气体是NO₂（填化学式，下同），白烟的成分NH₄NO₃．
（2）另一小组的同学撤掉A、C装置，只用剩余装置来完成此实验，B装置中分液漏斗盛放的是浓氨水，那么B装置中的锥形瓶中盛放的固体药品是Na₂O₂．
（3）工业上制取的浓硝酸往往呈黄色，该小组成员设计实验探究硝酸呈黄色的原因，提出如下假设，请你完成假设二．
假设一：可能含有Fe³⁺；
假设二：可能含有NO₂；
假设三：可能含有上述两种微粒．
检验是否含有Fe³⁺的方法是：取少量样品于试管中，加水稀释，滴加KSCN溶液，如果溶液变红说明含有Fe³⁺，反之不含（补充操作步骤、现象和结论）．
（4）工业上用氨、氧气和水为原料制取硝酸铵，如果用17吨氨气，最多可制取40吨硝酸铵 （硝酸铵的相对分子质量为80）．

Answer 1

分析 （1）根据实验目的可知，A、B装置制备的是氨气和氧气，根据干燥装置C、D可知，装置C为浓硫酸，所以装置A中制取的是O₂、装置B中制取的是NH₃．
①常温下制取氧气，在题干中提供的药品中可选择H₂O₂、MnO₂；装置B中制取的是NH₃，在题干中提供的药品中可选择浓氨水、CaO，根据化学平衡移动的影响因素解答，CaO遇水生成Ca（OH）₂，同时放出大量热量，有利于氨气的生成；
②氨气与氧气在催化剂作用下反应生成一氧化氮和水；
③一氧化氮与氧气反应生成红棕色的二氧化氮；二氧化氮与水反应生成硝酸，硝酸与氨气反应生成硝酸铵；
（2）氨的催化氧化，是氨气和氧气的反应，A装置的分液漏斗中盛放浓氨水，则烧瓶中盛放的药品应该是既能生成氧气，又能使氨气逸出；
（3）二氧化氮为红棕色气体，在浓硝酸中往往呈黄色，所以探究硝酸呈黄色的原因，可能含有Fe³⁺，可能含有NO₂，可能两者都有；三价铁离子与硫氰根离子发生络合反应生成血红色硫氰合铁络合物；
（4）用氨、氧气和水为原料制取硝酸铵，有关反应如下：4NH₃+5O₂$\frac{\underline{催化剂}}{△}$4NO+6H₂O，4NO+3O₂+2H₂O═4HNO₃，NH₃+HNO₃═NH₄NO₃，用于催化氧化制HNO₃的氨的物质的量与硝酸反应的氨的物质的量相等．

解答 解：（1）①欲实验验证NH₃的化学性质，则装置A、B中制取的是氧气和氨气，根据干燥装置C、D可知，装置C为浓硫酸，所以装置A中制取的是O₂，因常温下制取氧气，在题干中提供的药品中可选择H₂O₂、MnO₂，MnO₂作催化剂，反应为：2H₂O₂$\frac{\underline{\;MnO_{2}\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑，装置B中制取的是NH₃，在题干中提供的药品中可选择浓氨水、CaO，浓氨水滴入到CaO固体上，CaO固体溶于水放出大量热，同时生成氢氧化钙，氨气在温度高的情况下溶解度小，在氨水中存在平衡：NH₃+H₂O?NH₃•H₂O?NH₄⁺+OH^-，平衡向左移动；氢氧化钙电离出氢氧根离子，OH^-浓度增加，平衡向左移动，制得氨气，
故答案为：2H₂O₂$\frac{\underline{\;MnO_{2}\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑；CaO；
②NH₃与过量O₂在催化剂、加热条件下发生反应生成一氧化氮和水，反应方程为：4NH₃+5O₂$\frac{\underline{催化剂}}{△}$4NO+6H₂O，
故答案为：4NH₃+5O₂$\frac{\underline{催化剂}}{△}$4NO+6H₂O；
③NO与未反应的氧气反应生成二氧化氮，则装置F中红棕色气体为二氧化氮；二氧化氮与水反应生成硝酸，硝酸与氨气反应生成硝酸铵，所以观察到装置F中有白烟生成，
故答案为：NO₂；NH₄NO₃；
（2）过氧化钠和水反应2Na₂O₂+2H₂O=4NaOH+O₂↑，该反应能提供氧气，同时为放热反应，放出大量热量，使浓氨水中的氨气逸出，
故答案为：Na₂O₂；
（3）二氧化氮为红棕色气体，在浓硝酸中往往呈黄色，所以探究硝酸呈黄色的原因，可能含有Fe³⁺，可能含有NO₂，可能两者都有，三价铁离子与硫氰根离子发生络合反应生成血红色硫氰合铁络合物，离子方程式为Fe³⁺+3SCN^-?Fe（SCN）₃，取少量溶液于试管中，加入KSCN溶液，若出现血红色溶液证明原溶液中含Fe³⁺，反之不含，
故答案为：NO₂；滴加KSCN溶液，如果溶液变红说明含有Fe³⁺，反之不含；
（4）17吨氨气的物质的量为n=$\frac{m}{M}$=$\frac{17×1{0}^{6}g}{17g/mol}$=1×10⁶mol，用氨、氧气和水为原料制取硝酸铵，有关反应如下：4NH₃+5O₂$\frac{\underline{催化剂}}{△}$4NO+6H₂O，4NO+3O₂+2H₂O═4HNO₃，NH₃+HNO₃═NH₄NO₃，与硝酸反应的氨的物质的量是5×10⁵mol，最多可制取硝酸铵5×10⁵mol，质量为：5×10⁵mol×80g/mol÷10⁶克/吨=40吨，
故答案为：40．

点评 本题主要考查了氨气的催化氧化、硝酸铵的计算等知识，解答须掌握该反应的原理和相关物质的性质，注意知识的归纳和整理，对学生分析问题和解决问题的能力要求较高，题目难度中等．