Question

11．某小组同学欲探究NH₃催化氧化反应：4NH₃+5O₂$?_{△}^{催化剂}$ 4NO+6H₂O，按如图1装置进行实验．

（1）装置A试管中的化合物X是Na₂O₂（填化学式）．
（2）实验进行一段时间后，观察到装置G中溶液变成蓝色．用离子方程式解释G中溶液变蓝的原因3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O．
（3）甲、乙两同学分别按上述装置进行实验．一段时间后，甲观察到装置F中有红棕色气体，乙则观察到装置F中只有白烟生成．该白烟的主要成分是NH₄NO₃（填化学式）．
（4）为了帮助乙实现在装置F中也观察到红棕色气体生成，可在原实验基础上进行改进．
①甲认为是E反应后剩余O₂太少导致F中无红棕色气体产生，预先在装置A试管内，除了NH₄HCO₃和X外，适当加入钠盐NaHCO₃（填化学式）可以解决这个问题．
②乙则认为，可以在装置E、F之间增加一个装置，该装置如图2可以是abc（填标号）．

Answer 1

分析 该实验探究NH₃催化氧化反应，在催化剂条件下，氨气和氧气在E处发生氧化还原反应生成NO和水蒸气，所以A中生成的气体中含有氨气和氧气，加热碳酸氢铵时，发生反应NH₄HCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$H₂O+CO₂↑+NH₃↑，碳酸氢铵分解生成的气体中不含氧气，H₂O、CO₂和Na₂O₂反应生成O₂，且除去杂质H₂O、CO₂，所以X为Na₂O₂，生成的NO是无色气体，NO不稳定易被氧化生成红棕色气体NO₂，二氧化氮和水反应生成硝酸，硝酸和Cu反应生成硝酸铜、NO和水，氮氧化物有毒，不能直接排空，要连接尾气处理装置；
（1）装置A试管中的化合物X是Na₂O₂；
（2）实验进行一段时间后，观察到装置G中溶液变成蓝色，说明Cu发生氧化还原反应生成铜离子，二氧化氮和水反应生成的硝酸与铜发生氧化还原反应生成硝酸铜；
（3）甲、乙两同学分别按上述装置进行实验，一段时间后，甲观察到装置F中有红棕色气体说明有二氧化氮生成，乙则观察到装置F中只有白烟生成，二氧化氮和水反应生成硝酸，硝酸和氨气反应生成硝酸铵固体；
（4）为了帮助乙实现在装置F中也观察到红棕色气体生成，可在原实验基础上进行改进．
①甲认为是E反应后剩余O₂太少导致F中无红棕色气体产生，预先在装置A试管内，除了NH₄HCO₃和X外，适当加入钠盐，该钠盐能受热分解生成二氧化碳、水；
②乙则认为，可以在装置E、F之间增加一个装置，该装置要除去水蒸气．

解答 解：该实验探究NH₃催化氧化反应，在催化剂条件下，氨气和氧气在E处发生氧化还原反应生成NO和水蒸气，所以A中生成的气体中含有氨气和氧气，加热碳酸氢铵时，发生反应NH₄HCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$H₂O+CO₂↑+NH₃↑，碳酸氢铵分解生成的气体中不含氧气，H₂O、CO₂和Na₂O₂反应生成O₂，且除去杂质H₂O、CO₂，所以X为Na₂O₂，生成的NO是无色气体，NO不稳定易被氧化生成红棕色气体NO₂，二氧化氮和水反应生成硝酸，硝酸和Cu反应生成硝酸铜、NO和水，氮氧化物有毒，不能直接排空，要连接尾气处理装置；
（1）装置A试管中的化合物X是Na₂O₂，故答案为：Na₂O₂；
（2）实验进行一段时间后，观察到装置G中溶液变成蓝色，说明Cu发生氧化还原反应生成铜离子，NO和氧气反应生成NO₂，NO₂和水反应生成的HNO₃与Cu发生氧化还原反应生成硝酸铜、NO和水，铜离子呈蓝色，发生的离子方程式为3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O，
故答案为：3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O；
（3）甲、乙两同学分别按上述装置进行实验，一段时间后，甲观察到装置F中有红棕色气体说明有二氧化氮生成，乙则观察到装置F中只有白烟生成，E中生成NO和水，生成的NO被氧气氧化生成红棕色气体NO₂，NO₂和水反应生成HNO₃，HNO₃和氨气反应生成NH₄NO₃固体，所以白色固体成分是NH₄NO₃，故答案为：NH₄NO₃；
（4）为了帮助乙实现在装置F中也观察到红棕色气体生成，可在原实验基础上进行改进．
①甲认为是E反应后剩余O₂太少导致F中无红棕色气体产生，预先在装置A试管内，除了NH₄HCO₃和X外，适当加入钠盐，该钠盐能受热分解生成二氧化碳、水，所以可以是NaHCO₃，故答案为：NaHCO₃；
②乙则认为，可以在装置E、F之间增加一个装置，该装置要除去水蒸气，a、b、c都可以吸收水蒸气且和NO不反应，故选abc．

点评 本题考查性质实验方案设计，为高考高频点，明确实验原理及物质性质是解本题关键，熟悉流程图中各个装置的作用，同时考查学生实验操作及实验分析能力，知道各个装置发生的反应，题目难度中等．