Question

3．氮及其化合物在生產、生活中有著非常重要的作用．題中相關的實驗裝置如下：

（1）實驗室制取較為干燥的氨氣的反應方程式為2NH₄Cl+Ca（OH）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2NH₃↑+CaCl₂+2H₂O；可選擇圖中的裝置a、b、c中的c（填代號）來制�。�
（2）實驗室通過使用氮氣和氫氣模擬工業合成氨和氨催化氧化的流程如下：

已知實驗室可用飽和亞硝酸鈉（NaNO₂）溶液與飽和氯化銨溶液經加熱反應制取氮氣．
①寫出上述制取氮氣的反應的化學方程式：NaNO₂+NH₄Cl$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$NaCl+N₂↑+2H₂O；
②從圖a、b、c中選擇制取氣體的合適裝置（填代號）：N₂a、H₂b．
③氨合成器出來經冷卻的氣體連續通入乙裝置的水中吸收氨，不會（“會”或“不會”）發生倒吸．
④用乙裝置吸收一段時間氨后，再通入空氣，同時將熱的鉑絲插入乙裝置的錐形瓶內，寫出裝置中氨的催化氧化的化學方程式：4NH₃+5O₂$\frac{\underline{\;Pt\;}}{△}$4NO+6H₂O．
⑤乙裝置的錐形瓶內鉑絲保持紅熱的原因是反應放熱．
⑥反應結束后錐形瓶內溶液中的含氮離子有NH₄⁺、NO₃^-（填離子符號）．
（3）農村有句諺語--雷雨肥莊稼，即雷雨時自然界發生了一系列的反應，合成了植物生長需要的氮肥，有利于植物生長．這其中使游離態的氮直接轉化為化合態的氮的化學反應方程式為N₂+O₂$\frac{\underline{\;放電\;}}{\;}$2NO．
（4）目前，在汽車尾氣系統中裝置催化轉化器可減少CO和NO的污染，該化學反應方程式為CO+NO$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$N₂+CO₂．
（5）一定條件下，N₂O和CO的混合氣體在點燃條件下恰好完全反應，生成的三種產物均為大氣組成氣體，并測得反應后氣體的密度為反應前氣體密度的$\frac{6}{7}$倍．請寫出該反應的化學方程式4N₂O+2CO=4N₂+2CO₂+O₂．

Answer 1

分析 （1）實驗室是利用固體氫氧化鈣和氯化銨固體加熱反應生成氨氣，選擇儀器應是固體和固體加熱制備氣體的裝置，在大試管中加熱實現氣體制�。�
（2）①實驗室可用飽和亞硝酸鈉（NaNO₂）溶液與飽和氯化銨溶液經加熱反應制取氮氣，反應生成氮氣、氯化鈉和水；
②根據制取氣體的藥品狀態和條件選擇合適的制取儀器；
③合成氨的反應是可逆的，還會有一些氮氣、氫氣存在，據此來回答；
④氨的催化氧化生成一氧化氮和水；
⑤氨的催化氧化是一個放熱過程；
⑥根據溶液的組成來確定含有的離子，氨的催化氧化反應產物是一氧化氮和水，一氧化氮極易變為二氧化氮，二氧化氮和水反應生成硝酸和一氧化氮，所以硝酸的存在會和氨水反應生成硝酸銨；
（3）氮氣和氧氣放電條件下反應生成一氧化氮；
（4）CO和NO在催化劑作用下反應生成無污染的二氧化碳和氮氣；
（5）N₂O和CO的混合氣體在點燃條件恰好完全反應，生成的3種產物均為大氣組成氣體，為氮氣、氧氣和二氧化碳，反應后氣體的密度是反應前氣體密度的 $\frac{6}{7}$倍．相同條件下密度之比等于氣體物質的量之比，由于產生三種可參與大氣循環的氣體，產生的氣體為二氧化碳、氮氣和氧氣，N₂O和CO可能發生的反應只能為：N₂O+CO=N₂+CO₂、2N₂O=2N₂+O₂，反應后氣體密度減小為反應前的$\frac{6}{7}$，結合質量守恒可知，反應后氣體體積增大為反應前的$\frac{7}{6}$，即增大了$\frac{1}{6}$體積，上述兩個反應第一個反應前后體積不變，而第二個反應2體積的N₂O反應后增大為3體積的N₂和O₂混合氣體，因此可知在原混合氣體中有$\frac{1}{3}$體積的N₂O直接發生了分解，而剩余$\frac{2}{3}$體積氣體中有$\frac{1}{3}$體積的N₂O和$\frac{1}{3}$體積的CO發生了第一個反應，據此據此N₂O與CO所組成的混合物中氣體的體積之比．

解答 解：（1）實驗室是利用固體氫氧化鈣和氯化銨固體加熱反應生成氨氣，反應的化學方程式為：2NH₄Cl+Ca（OH）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2NH₃↑+CaCl₂+2H₂O，選擇儀器應是固體和固體加熱制備氣體的裝置，圖中c裝置符合，
故答案為：2NH₄Cl+Ca（OH）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2NH₃↑+CaCl₂+2H₂O；c；
（2）①實驗室可用飽和亞硝酸鈉（NaNO₂）溶液與飽和氯化銨溶液經加熱反應制取氮氣，反應生成氮氣、氯化鈉和水，反應的化學方程式為：NaNO₂+NH₄Cl$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$NaCl+N₂↑+2H₂O，故答案為：NaNO₂+NH₄Cl$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$NaCl+N₂↑+2H₂O；
②實驗室可用飽和亞硝酸鈉（NaNO₂）溶液與飽和氯化銨溶液經加熱后反應制取氮氣，可以選擇a，實驗室里用金屬鋅粒和稀硫酸反應制取氫氣，可以選擇裝置b，
故答案為：a；b；
③合成氨的反應是可逆的，工業合成氨中，20MPa，約500℃的反應條件下，流出氣體中含14%～18%（體積分數）的NH₃，即有大量的氮氣和氫氣未能轉化為氨還會有一些氮氣、氫氣存在，這樣會緩解氨氣極易溶于水導致的氣壓差，不會倒吸，故答案為：不會；
④氨的催化氧化反應產物是一氧化氮和水，即4NH₃+5O₂$\frac{\underline{催化劑}}{△}$4NO+6H₂O，故答案為：4NH₃+5O₂$\frac{\underline{催化劑}}{△}$4NO+6H₂O；
⑤氨的催化氧化反應是一個放熱反應，將經加熱的鉑絲插入乙裝置的錐形瓶內，能使鉑絲保持紅熱，故答案為：反應放熱；
⑥氨的催化氧化反應產物是一氧化氮和水，一氧化氮極易變為二氧化氮，二氧化氮和水反應生成硝酸和一氧化氮，所以硝酸的存在會和氨水反應生成硝酸銨，溶液中會存在H⁺、OH^-、NH₄⁺、NO₃^-，故答案為：NH₄⁺；NO₃^-；
（3）氮氣和氧氣放電條件下反應生成一氧化氮，反應的化學方程式為：N₂+O₂$\frac{\underline{\;放電\;}}{\;}$2NO，故答案為：N₂+O₂$\frac{\underline{\;放電\;}}{\;}$2NO；
（4）在汽車尾氣系統中裝置催化轉化器可減少CO和NO的污染，該化學反應方程式為：CO+NO$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$N₂+CO₂，故答案為：CO+NO$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$N₂+CO₂；
（5）由于產生三種可參與大氣循環的氣體，則N₂O和CO可能發生的反應只能為：N₂O+CO=N₂+CO₂、2N₂O=2N₂+O₂，反應后氣體密度減小為反應前的$\frac{6}{7}$，結合質量守恒可知，反應后氣體體積增大為反應前的$\frac{7}{6}$，即增大了$\frac{1}{6}$體積，上述兩個反應第一個反應前后體積不變，而第二個反應2體積的N₂O反應后增大為3體積的N₂和O₂混合氣體，因此可知在原混合氣體中有$\frac{1}{3}$體積的N₂O直接發生了分解，而剩余$\frac{2}{3}$體積氣體中有$\frac{1}{3}$體積的N₂O和$\frac{1}{3}$體積的CO發生了第一個反應，即混合氣體中有$\frac{1}{15}$mol的N₂O和$\frac{1}{30}$mol的CO，體積比為2：1，則配平得到反應的化學方程式為4N₂O+2CO═4N₂+2CO₂+O₂，
故答案為：4N₂O+2CO=4N₂+2CO₂+O₂．

點評 本題是一道關于氨氣的制取和性質知識的綜合題目，要求學生具有分析和解決問題的能力，綜合性強．主要是裝置選擇、化學方程式定量計算分析、反應現象判斷，難度較大．