Question

實驗題：
I、下列方法適用于實驗室中制備氨氣的是

 

a、固態氯化銨加熱分解              b、向固體氫氧化鈉中滴加濃氨水
c、氯化銨溶液與氫氧化鈉溶液共熱    d、固體氯化銨與氫氧化鈣固體混合加熱
II、為了在實驗室中利用工業原料制各少量氨氣，有人設計了如圖所示的裝置（圖中夾持裝置均已略去）．

實驗操作如下：
①檢查裝置的氣密性后，關閉彈簧夾a、b、c、d、e．在A中加入鋅粒，向長頸漏斗注入一定量的稀硫酸．打開彈簧夾c、d、e，則A中有氫氣產生．在F出口處收集到氫氣并檢驗其純度．
②關閉彈簧夾c，取下截去底部的細口瓶c，打開彈簧夾a，將氫氣經導管B驗純后點燃，然后立即罩上無底細口瓶C，塞緊瓶塞，如圖所示．氫氣繼續在瓶內燃燒，幾分鐘后火焰熄滅．
③用酒精燈加熱反應管E，繼續通入氫氣，待無底細口瓶C內水位下降到液面保持不變時，打開彈簧夾b，無底細口瓶C內氣體經D進入反應管E，片刻后F中的溶液變紅．
請回答下列問題：
（1）寫出反應管E中發生反應的化學方程式

 

用方程式解釋F中溶液變紅的原因

 

（2）C瓶內水位下降到液面保持不變時，A裝置內發生的現象為

 

，防止了實驗裝置中壓強過大．此時再打開彈簧夾b的原因是

 

，C中氣體的主要成分為．

 

．
（3）為什么用酒精燈加熱反應管E-段時間后再打開彈簧夾b

 

（4）為什么F裝置不用防倒吸的裝置

 

．

Answer 1

考點：氨的制取和性質

專題：實驗設計題

分析：Ⅰ、（1）a、固態氯化銨加熱分解成氨氣和氯化氫，但氨氣和氯化氫一冷卻馬上又可以化合成氯化銨；
b、向固體氫氧化鈉中滴加濃氨水，氫氧化鈉吸水，放出大量熱，促進NH₃?H₂O的分解及NH₃的揮發逸出；
c、氯化銨溶液與氫氧化鈉溶液不易于收集氨氣；
d、固體氯化銨與氫氧化鈣固體混合加熱可以制取氨氣；
Ⅱ、實驗步驟原理：①完成這一步后，相當于先在整個裝置中通入了氫氣，先把裝置中的空氣進行了排除，使氫氣與氨氣的反應更安全．②關閉彈簧夾c，取下截去底部的細口瓶C，打開彈簧夾a，將氫氣經導管B驗純后點燃，然后立即罩上無底細口瓶C，塞緊瓶塞，如圖所示．氫氣繼續在瓶內燃燒，此時消耗的是無底細口瓶C中的氧氣，幾分鐘后火焰因缺氧而熄滅；③步先點燃E處酒精燈，只是為了先給催化劑升溫，因為催化劑也只有在適宜的溫度下才能發揮最大的活性，對于鐵觸媒來說，溫度應該為500℃，在這同時，繼續通入氫氣，待無底細口瓶C內水位下降到液面保持不變時，此時兩種氣體也混合的很均勻了，打開彈簧夾b，無底細口瓶C內氣體經D進入反應管E，在這個地方氮氣跟氫氣進行反應生成氨氣，但是這個反應是可逆反應，不可能大量的生成氨氣，盡管氨氣在水中的溶解度比較大，但由于該混合氣體中氨氣的量少，進入F裝置的氣體中，含有較多難溶性的氣體，所以不易產生倒吸，據此回答．

解答： 解：Ⅰ、（1）a、固態氯化銨加熱分解成氨氣和氯化氫，但氨氣和氯化氫一冷卻馬上又可以化合成氯化銨，這個方案很難制氨氣，故a錯誤；
b、向固體氫氧化鈉中滴加濃氨水，氫氧化鈉吸水，放出大量熱，促進NH₃?H₂O的分解及NH₃的揮發逸出，故b正確；
c、氯化銨溶液與氫氧化鈉溶液共熱反應太劇烈并且生成的氨氣極易溶于水，不易收集氨氣，故c錯誤；
d、固體氯化銨與氫氧化鈣固體混合加熱可以制取氨氣，反應的化學方程式為：2NH₄Cl+Ca（OH）₂

△   .

CaCl₂+2NH₃↑+2H₂O，故d正確．
故選bd；
Ⅱ、實驗步驟：①完成這一步后，相當于先在整個裝置中通入了氫氣，先把裝置中的空氣進行了排除，使氫氣與氨氣的反應更安全．②關閉彈簧夾c，取下截去底部的細口瓶C，打開彈簧夾a，將氫氣經導管B驗純后點燃，然后立即罩上無底細口瓶C，塞緊瓶塞，如圖所示．氫氣繼續在瓶內燃燒，此時消耗的是無底細口瓶C中的氧氣，幾分鐘后火焰因缺氧而熄滅；③步先點燃E處酒精燈，只是為了先給催化劑升溫，因為催化劑也只有在適宜的溫度下才能發揮最大的活性，對于鐵觸媒來說，溫度應該為500℃，在這同時，繼續通入氫氣，待無底細口瓶C內水位下降到液面保持不變時，此時兩種氣體也混合的很均勻了，打開彈簧夾b，無底細口瓶C內氣體經D進入反應管E，在這個地方氮氣跟氫氣進行反應生成氨氣，但是這個反應是可逆反應，不可能大量的生成氨氣，盡管氨氣在水中的溶解度比較大，但由于該混合氣體中氨氣的量少，進入F裝置的氣體中，含有較多難溶性的氣體，所以不易產生倒吸．
（1）氮氣和氫氣之間在催化劑的作用下發生反應生成氨氣，即N₂+3H₂

高溫高壓

催化劑

2NH₃，氨氣極易溶于水，得到一水合氨，屬于一元弱堿，存在電離：NH₃?H₂O?NH₄⁺+OH^-，溶液顯示堿性，故答案為：N₂+3H₂

高溫高壓

催化劑

2NH₃；NH₃?H₂O?NH₄⁺+OH^-；
（2）當C瓶內水位下降到液面保持不變時，氮氣和氫氣兩種氣體也混合的很均勻了，C中的氣體成分是氮氣和氫氣，A中試管內液面下降，長頸漏斗中液面上升，直到試管內液面和鋅離分離，打開彈簧夾b，無底細口瓶C內氣體經D進入反應管E，在這個地方氮氣跟氫氣進行反應生成氨氣，并保證氫氣含量較多，提高氮氣的轉化率；
故答案為：試管內液面下降，長頸漏斗中液面上升，直到試管內液面和鋅離分離；使氣體進入反應管E，并保證氫氣含量較多，提高氮氣的轉化率；氮氣和氫氣；
（3）第③步先點燃E處酒精燈，只是為了先給催化劑升溫，因為催化劑也只有在適宜的溫度下才能發揮最大的活性，對于鐵觸媒來說，溫度應該為500℃，所以用酒精燈加熱反應管E-段時間后再打開彈簧夾b，是為了升高催化劑的溫度，使催化劑達到最佳活性溫度，以提高反應速率，
故答案為：升高催化劑的溫度，使催化劑達到最佳活性溫度，以提高反應速率；
（4）氮氣跟氫氣進行反應生成氨氣，但是這個反應是可逆反應，不可能大量的生成氨氣，盡管氨氣在水中的溶解度比較大，但由于該混合氣體中氨氣的量少，進入F裝置的氣體中，含有較多難溶性的氣體，所以不易產生倒吸，
故答案為：該反應是可逆反應，在該反應條件下，生成的氨氣含量較少，在進入F裝置的氣體中含有較多難溶性的氣體，所以不易產生倒吸．

點評：本題是一道工業合成氨的實驗方案設計題，考查學生分析和解決問題的能力，注意知識的歸納和梳理是關鍵，難度大．