Question

10．N₂在諸多領域用途廣泛．某化學興趣小組為探究在實驗室制備較為純凈N₂的方法，進行了認真的準備．請你參與交流與討論．
【查閱資料】N₂的制法有下列三種方案：
方案1：加熱NaNO₂和NH₄Cl的濃溶液制得N₂．
方案2：加熱條件下，以NH₃還原CuO可制得N₂，同時獲得活性銅粉．
方案3：將空氣緩緩通過灼熱的銅粉獲得較純的N₂．
【實驗準備】以實驗室常見儀器（藥品）等設計的部分裝置如下圖（有的夾持和加熱儀器未畫出）．

【分析交流】
（1）若以方案1制得N₂，應選擇的發生裝置是A．
（2）若按方案2制得干燥、純凈的N₂，且需要的NH₃以生石灰和濃氨水作原料，整套制氣裝置按氣流從左到右的連接順序是（填寫序號）E→D→B→C．獲得N₂的反應原理是（寫反應方程式）2NH₃+3CuO$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$3Cu+N₂+3H₂O．
（3）若以排水法收集N₂，其中會混入水蒸氣．但也不宜用排空氣法，其原因是N₂的相對分子質量28與空氣的平均相對分子質量相近（用氣體密度大小比較回答問題也給分）．
你提出的收集方法是用塑料袋直接收集．
（4）上述三個方案中，制得的N₂純度最差的是方案3．在N₂純度要求不甚嚴格的情況下，有人建議將方案2和方案3結合使用，你認為其優點是Cu 和 CuO 可以循環使用，節省藥品．

Answer 1

分析 （1）若以方案1加熱NaNO₂和NH₄Cl的濃溶液制得N₂，反應物狀態是固液混合、反應條件是加熱，應該選用固液加熱型裝置；
（2）若按方案2制得干燥、純凈的N₂，且需要的NH₃以生石灰和濃氨水作原料，先用生石灰和濃氨水混合制取氨氣，然后用堿石灰干燥氨氣，將氨氣和CuO加熱制取氮氣，再用酸吸收未反應的氨氣，最后獲取干燥、純凈的氮氣；在加熱條件下，氨氣和CuO加熱生成Cu和氮氣；
（3）氮氣和空氣相對分子質量接近，所以不宜采用排空氣法收集；可以用塑料袋直接收集；
（4）根據制備方案中氮氣純度分析．在N₂純度要求不甚嚴格的情況下，方案2和方案3中Cu 和 CuO 可以循環使用．

解答 解：（1）若以方案1加熱NaNO₂和NH₄Cl的濃溶液制得N₂，反應物狀態是固液混合、反應條件是加熱，應該選用固液加熱型裝置，故選A；
（2）若按方案2制得干燥、純凈的N₂，且需要的NH₃以生石灰和濃氨水作原料，先用生石灰和濃氨水混合制取氨氣，不需要加熱，應該選取固液混合不加熱型裝置，故選B；然后用堿石灰干燥氨氣，選D；將氨氣和CuO加熱制取氮氣，選B；再用酸吸收未反應的氨氣，選C；最后獲取干燥、純凈的氮氣，所以儀器連接順序是E→D→B→C；在加熱條件下，氨氣和CuO加熱生成Cu和氮氣，反應方程式為2NH₃+3CuO$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$3Cu+N₂+3H₂O，
故答案為：E→D→B→C；2NH₃+3CuO$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$3Cu+N₂+3H₂O；
（3）N₂的相對分子質量28與空氣的平均相對分子質量相近，故不宜用排空氣法；可直接用塑料袋收集，
故答案為：N₂的相對分子質量28與空氣的平均相對分子質量相近（用氣體密度大小比較回答問題也給分）；以塑料袋直接收集；
（4）從制備過程看，方案1和2能得到純凈的氮氣，而方案3制取的氮氣中混有稀有氣體、二氧化碳、水蒸氣等物質，所以方案3氮氣純度最差；方案2和3反應原理簡單，原料來源多，銅和氧化銅可以循環利用；
故答案為：方案3；Cu 和 CuO 可以循環使用，節省藥品．

點評 本題考查氣體制備實驗方案設計，為高頻考點，明確實驗原理及實驗基本操作過程是解本題關鍵，會從實驗原理及實驗步驟方面進行評價，難點是儀器連接順序，題目難度中等．