Question

某學習小組將“從空氣中制取氮氣”作為研究課題，以下是他們的實驗方案：

方案一：
（1）利用圖1進行研究，圖1中裝置B的作用是______，裝置C中發生了2Cu+O₂2CuO化學反應，此化學反應屬于______類型，可能觀察到的現象為______，裝置C的作用是______．
方案二：
（2）將空氣通過圖1中A、B裝置后，收集于圖2的廣口瓶中，用圖2裝置代替裝置C進行實驗．實驗中用紅磷而不用木炭的原因是______；
（3）此法得到的氮氣不純，請你分析可能的原因是______；
（4）在工業上，分離空氣中的氮氣和氧氣是利用它們______的不同．

Answer 1

解：（1）圖1中裝置B的作用是干燥氣體，因為氣體通過氫氧化鈉溶液后會帶出水蒸氣，裝置C的作用是除去空氣中的氧氣；2Cu+O₂2CuO反應是兩種物質生成一種物質的化合反應，可以觀察到的現象為：紅色固體逐漸變成黑色固體．
（2）紅磷燃燒產生的濃濃白煙是P₂O₅固體，木炭燃燒生成的二氧化碳氣體，使氮氣中混有二氧化碳氣體，因此選用木炭的方法會混入新的雜質．
（3）方案二得到的氮氣不純，可能的原因是空氣中含有稀有氣體等成分，或燃燒時氧氣不能完全被消耗，通過反應制得的氮氣中會含有稀有氣體、氧氣等雜質；
（4）在工業上，分離空氣中的氮氣和氧氣是利用它們沸點的不同，氮氣的沸點低，首先從液態空氣中分離出來，剩下的主要是氧氣．
故答案為：（1）干燥氣體（除去水分）；化合反應；紅色固體逐漸變成黑色固體；吸收（除去）氧氣．
（2）因木炭燃燒生成二氧化碳氣體，混入新雜質；
（3）制得的氮氣中含有稀有氣體、氧氣等雜質；
（4）沸點．
分析：（1）以空氣為原料制取N₂，從其設計的方案可知，采取除去空氣中其他氣體剩余N₂的方法．空氣中除N₂外還含有O₂、CO₂、水蒸氣．二氧化碳能與氫氧化鈉反應，所以除二氧化碳用氫氧化鈉溶液，因濃硫酸具有吸水性，所以除水蒸氣選用濃硫酸，除二氧化碳時，氣體要從溶液中通過，會帶出水蒸氣，所以要先除二氧化碳再干燥．灼熱的銅絲能與氧氣反應，這樣剩下的氣體主要是N₂．
（2）采用圖2裝置實驗時，要選擇能在空氣中燃燒的物質，但燃燒產物不能有氣體，否則生成的氣體混在N₂中，影響實驗結果．
（3）可從空氣含有的成分分析制得氣體不純的原因或，燃燒時氧氣不能完全被消耗．
（4）在工業上，根據氧氣和氮氣的沸點不同采用分離液態空氣制取氧氣．
點評：該題主要考查實驗方案的設計與評價，物質的除雜和分離混合物的方法，重點聯系空氣中氧氣含量測定實驗進行分析．