Question

15．某小組的同學欲探究NH₃經一系列反應得到HNO₃和NH₄NO₃的過程，NH₃的轉化過程如圖所示．
甲、乙兩同學分別按如圖所示裝置進行實驗．
用于A、B裝置中的可選藥品：濃氨水、30%H₂O₂溶液、蒸餾水、NaOH固體、MnO₂

①裝置A的圓底燒瓶中發生反應的化學方程式為2H₂O_{2$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$} 2H₂O+O₂↑．裝置E有多種作用，下列關于裝置E的作用或其中所盛液體的說法中，不正確的是d（填下列序號字母）．
a．使氨氣和氧氣充分混合   b．控制通入氨氣和氧氣的體積比
c．平衡裝置內的壓強    d．錐形瓶內液體是飽和食鹽水
②甲同學先點燃酒精燈，再打開K₁、K₂、K₃、K₄，反應一段時間后，成功模擬了反應過程，并將實驗中產生的氣體持續通入裝置H一段時間后，H中的溶液變成藍色，則其中銅片所參與反應的離子方程式為3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O，若制得的氨氣僅按I→Ⅱ→Ⅲ的順序完全轉化為硝酸，欲使H裝置中所得溶液為純凈的CuSO₄溶液（忽略Cu²⁺的水解），理論上所需氨氣在標準狀況下的體積為2.24L（假設硝酸與銅反應產生的還原產物全部排出反應裝置）；
③乙同學為模擬過程Ⅳ的反應，在甲同學操作的基礎上對該裝置進行了下列各項中的一項操作，使G處圓底燒瓶中產生大量白煙，你認為這項操作是a（填下列序號字母）．
a．關閉K₃并熄滅酒精燈
b．關閉K₄并熄滅酒精燈
c．關閉K₃、K₄并熄滅酒精燈
④丙同學認為該系列實驗裝置存在一處明顯的設計缺陷，你認為該設計缺陷是缺少尾氣處理裝置．

Answer 1

分析 NH₃經一系列反應得到HNO₃和NH₄NO₃的過程，氨氣的催化氧化生成一氧化氮，一氧化氮和空氣中氧氣反應生成二氧化氮，二氧化氮溶于水生成硝酸和一氧化氮，氨氣和硝酸反應生成硝酸銨，裝置圖中A、B分別用于制備氧氣和氨氣，由裝置可知A應用于制備氧氣，C為干燥裝置，可為濃硫酸，B為制備氨氣裝置，可用濃氨水和NaOH固體制備，D為干燥氨氣裝置，在F中發生氧化還原反應生成NO，G中可生成二氧化氮氣體，二氧化氮和水在H中反應生成硝酸，可氧化銅，生成的NO不能直接排放到空氣中，應有尾氣處理裝置．
①由裝置圖可知裝置A用于制備氧氣，可由過氧化氫在二氧化錳催化作用下制備，E可用于混合物氧氣和氨氣，因氨氣易溶于水，注意不能用水溶液；
②成功模擬了過程Ⅱ的反應，說明生成二氧化氮氣體，顏色為紅棕色，H中的溶液變成藍色，說明硝酸氧化銅生成銅離子，欲使H裝置中所得溶液為純凈的CuSO₄溶液，根據硫酸的物質的量可確定被氧化的銅的物質的量，結合N原子守恒計算消耗硝酸的物質的量，進而計算氨氣的物質的量和體積；
（3）使G處圓底燒瓶中產生大量白煙，應通入氨氣和硝酸反應；
（4）裝置缺少尾氣處理．

解答 解：裝置圖中A、B分別用于制備氧氣和氨氣，由裝置可知A應用于制備氧氣，C為干燥裝置，可為濃硫酸，B為制備氨氣裝置，可用濃氨水和NaOH固體制備，D為干燥氨氣裝置，在F中發生氧化還原反應生成NO，G中可生成二氧化氮氣體，二氧化氮和水在H中反應生成硝酸，可氧化銅，生成的NO不能直接排放到空氣中，應有尾氣處理裝置．
①由裝置圖可知裝置A用于制備氧氣，可由過氧化氫在二氧化錳催化作用下制備，反應的方程式為2H₂O₂$\frac{\underline{\;MnO_{2}\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑，E可用于混合物氧氣和氨氣，控制通入氨氣和氧氣的體積比、平衡裝置內的壓強，因氨氣易溶于水，則不能用水溶液，故d錯誤，
故答案為：2H₂O₂$\frac{\underline{\;MnO_{2}\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑；d；
②成功模擬了過程Ⅱ的反應，說明生成二氧化氮氣體，顏色為紅棕色，H中的溶液變成藍色，說明硝酸氧化銅生成銅離子，反應的離子方程式為3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O，n（H₂SO₄）=0.15L×1mol/L=0.15mol，則n（CuSO₄）=0.15mol，需要0.15molCu，則由3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O可知需要0.1molHNO₃，由N原子守恒可知需要0.1mol氨氣，體積為0.1mol×22.4L/mol=2.24L，
故答案為：3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O；2.24L；
（3）使G處圓底燒瓶中產生大量白煙，應通入氨氣和硝酸反應，因A制備氧氣，B制備氨氣，則關閉K₃并熄滅酒精燈，故答案為：a；
（4）最后生成的NO不能直接排放到空氣中，為防止污染空氣，應有尾氣處理裝置，故答案為：缺少尾氣處理裝置．

點評 本題考查了氨氣制備及化學性質，為高考常見題型，題目難度中等，注意掌握氨氣的制備原理及具有的化學性質，根據題干信息明確實驗目的及反應原理為解答關鍵，試題有利于培養學生的分析、理解能力及化學實驗能力．