Question

15．化学兴趣小组在实验室用如图装置（略去部分夹持装置）模拟工业生产制备硝酸．

已知：CaCl₂+8NH₃═CaCl₂•8NH₃
实验步骤：按上图所示装置组装仪器，并检查装置气密性；在各仪器中加入相应的试剂；点燃酒精灯，几分钟后，向氨水中鼓入空气，鼓气速度以维持催化剂红热为宜．观察实验现象．
（1）装置B的作用是吸收气体中水蒸气，装置C玻璃管中发生反应的化学方程式为4NH₃+5O₂$\frac{\underline{\;三氧化二铬\;}}{△}$4NO+6H₂O．
（2）装置E有两个作用，一是使NO进一步氧化；二是防止倒吸．
（3）装置F中，发生反应的离子方程式为3NO₂+H₂O=2H⁺+2NO₃^-+NO，为充分利用NO，应采取的措施为打开活塞a，缓缓通入适量空气．若实验过程中观察到F中产生白烟，其原因可能是ab（填写序号）．
a．鼓入空气速度过快    b．氨水浓度过高
c．装置B、D中试剂互换    d．装置F中试剂过多
（4）装置G中用10%密度为1.2g•mL^-1的NaOH溶液吸收尾气，该NaOH溶液的物质的量浓度为3mol/L．实验室配制100mL该物质的量浓度的NaOH溶液，下列操作正确的是ac（填写序号）．
a．将NaOH固体放在小烧杯中称量
b．将固体NaOH溶解后，立即将溶液注入容量瓶中
c．当液面离容量瓶颈部的刻度线下l-2cm时，改用胶头滴管向容量瓶中滴加蒸馏水至凹液面的最低处恰好与刻度线相切
d．定容后把容量瓶倒转摇匀，发现液面低于刻度线，再加少量水至刻度线
（5）工业上，常用氨气吸收尾气NO和NO₂（可表示为NO_x），使之转化为无毒的N₂．当x=1.5时，则应通入氨气与NO_x的体积比（同温同压下）$\frac{V（N{H}_{3}）}{V（N{O}_{x}）}$≥1．

Answer 1

分析 A中通入空气，提供氧气，并将氨气鼓入C中，B装置干燥混合气体，C装置中发生氨的催化氧化生成NO，未反应的氨气可以在D中被氯化钙吸收，再装置E中NO进一步被氧气氧化生成二氧化氮，装置F中二氧化氮与水反应生成硝酸，反应会导致装置内压强降低，装置E具有防倒吸作用，用氢氧化钠溶液吸收氮的氧化物，防止污染空气．
（3）为充分利用NO，应打开活塞a，通入空气；若实验过程中观察到F中产生白烟，应有氨气存在，与硝酸反应生成硝酸铵，鼓入空气速度过快、氨水浓度过高都会导致氯化钙不能完全吸收氨气；
（4）根据c=$\frac{1000ρw}{M}$计算NaOH溶液物质的量浓度；
a．NaOH固体易潮解，具有腐蚀性，应放在小烧杯中称量；
b．固体NaOH溶解放出大量的热，应冷却室温后再移入容量瓶中；
c．定容时，当液面离容量瓶颈部的刻度线下l-2cm时，改用胶头滴管向容量瓶中滴加蒸馏水至凹液面的最低处恰好与刻度线相切；
d．少量溶液残留在瓶塞与瓶口之间，不需要加水；
（5）根据电子转移守恒计算氨气与NO_x恰好反应的体积比，实际体积之比应大于或等于该值，保证氮的氧化物完全反应．

解答 解：A中通入空气，提供氧气，并将氨气鼓入C中，B装置干燥混合气体，C装置中发生氨的催化氧化生成NO，未反应的氨气可以在D中被氯化钙吸收，再装置E中NO进一步被氧气氧化生成二氧化氮，装置F中二氧化氮与水反应生成硝酸，反应会导致装置内压强降低，装置E具有防倒吸作用，用氢氧化钠溶液吸收氮的氧化物，防止污染空气．
（1）装置B的作用是：吸收气体中水蒸气，装置C玻璃管中发生反应的化学方程式为：4NH₃+5O₂$\frac{\underline{\;三氧化二铬\;}}{△}$4NO+6H₂O，
故答案为：吸收气体中水蒸气；4NH₃+5O₂$\frac{\underline{\;三氧化二铬\;}}{△}$4NO+6H₂O；
（2）装置E有两个作用，一是使NO进一步氧化；二是防止倒吸，故答案为：防止倒吸；
（3）装置F中，发生反应的离子方程式为：3NO₂+H₂O=2H⁺+2NO₃^-+NO；为充分利用NO，应打开活塞a，缓缓通入适量空气；若实验过程中观察到F中产生白烟，应有氨气存在，与硝酸反应生成硝酸铵，鼓入空气速度过快、氨水浓度过高都会导致氯化钙不能完全吸收氨气，
故答案为：3NO₂+H₂O=2H⁺+2NO₃^-+NO；打开活塞a，缓缓通入适量空气；ab；
（4）根据c=$\frac{1000ρw}{M}$可知，NaOH溶液物质的量浓度为$\frac{1000×1.2×10%}{40}$mol/L=3mol/L；
a．NaOH固体易潮解，具有腐蚀性，应放在小烧杯中称量，故a正确；
b．固体NaOH溶解放出大量的热，应用液体有热胀冷缩吸收，未冷却直接引入容量瓶，恢复室温会导致溶液体积偏小，应冷却室温后再移入容量瓶中，故b错误；
c．定容时，当液面离容量瓶颈部的刻度线下l-2cm时，改用胶头滴管向容量瓶中滴加蒸馏水至凹液面的最低处恰好与刻度线相切，故c正确；
d．少量溶液残留在瓶塞与瓶口之间，不影响溶液浓度，若再加水至刻度线，会导致溶液浓度偏低，故d错误，
故答案为：3mol/L；ac；
（5）x=1.5时，NO_x中N原子平均化合价为+3，二者恰好反应时，根据电子转移守恒：n（NH₃）×3=n（NO_x）×3，故n（NH₃）：n（NO_x）=1，氮的氧化物完全反应，故相同条件下$\frac{V（N{H}_{3}）}{V（N{O}_{x}）}$≥1，
故答案为：1．

点评 本题考查实验制备、物质的量浓度计算、溶液配制、氧化还原反应计等，实验拼合型题目，明确结合反应原理明确各装置的作用，难度中等．