Question

15．化學興趣小組在實驗室用如圖裝置（略去部分夾持裝置）模擬工業生產制備硝酸．

已知：CaCl₂+8NH₃═CaCl₂•8NH₃
實驗步驟：按上圖所示裝置組裝儀器，并檢查裝置氣密性；在各儀器中加入相應的試劑；點燃酒精燈，幾分鐘后，向氨水中鼓入空氣，鼓氣速度以維持催化劑紅熱為宜．觀察實驗現象．
（1）裝置B的作用是吸收氣體中水蒸氣，裝置C玻璃管中發生反應的化學方程式為4NH₃+5O₂$\frac{\underline{\;三氧化二鉻\;}}{△}$4NO+6H₂O．
（2）裝置E有兩個作用，一是使NO進一步氧化；二是防止倒吸．
（3）裝置F中，發生反應的離子方程式為3NO₂+H₂O=2H⁺+2NO₃^-+NO，為充分利用NO，應采取的措施為打開活塞a，緩緩通入適量空氣．若實驗過程中觀察到F中產生白煙，其原因可能是ab（填寫序號）．
a．鼓入空氣速度過快    b．氨水濃度過高
c．裝置B、D中試劑互換    d．裝置F中試劑過多
（4）裝置G中用10%密度為1.2g•mL^-1的NaOH溶液吸收尾氣，該NaOH溶液的物質的量濃度為3mol/L．實驗室配制100mL該物質的量濃度的NaOH溶液，下列操作正確的是ac（填寫序號）．
a．將NaOH固體放在小燒杯中稱量
b．將固體NaOH溶解后，立即將溶液注入容量瓶中
c．當液面離容量瓶頸部的刻度線下l-2cm時，改用膠頭滴管向容量瓶中滴加蒸餾水至凹液面的最低處恰好與刻度線相切
d．定容后把容量瓶倒轉搖勻，發現液面低于刻度線，再加少量水至刻度線
（5）工業上，常用氨氣吸收尾氣NO和NO₂（可表示為NO_x），使之轉化為無毒的N₂．當x=1.5時，則應通入氨氣與NO_x的體積比（同溫同壓下）$\frac{V（N{H}_{3}）}{V（N{O}_{x}）}$≥1．

Answer 1

分析 A中通入空氣，提供氧氣，并將氨氣鼓入C中，B裝置干燥混合氣體，C裝置中發生氨的催化氧化生成NO，未反應的氨氣可以在D中被氯化鈣吸收，再裝置E中NO進一步被氧氣氧化生成二氧化氮，裝置F中二氧化氮與水反應生成硝酸，反應會導致裝置內壓強降低，裝置E具有防倒吸作用，用氫氧化鈉溶液吸收氮的氧化物，防止污染空氣．
（3）為充分利用NO，應打開活塞a，通入空氣；若實驗過程中觀察到F中產生白煙，應有氨氣存在，與硝酸反應生成硝酸銨，鼓入空氣速度過快、氨水濃度過高都會導致氯化鈣不能完全吸收氨氣；
（4）根據c=$\frac{1000ρw}{M}$計算NaOH溶液物質的量濃度；
a．NaOH固體易潮解，具有腐蝕性，應放在小燒杯中稱量；
b．固體NaOH溶解放出大量的熱，應冷卻室溫后再移入容量瓶中；
c．定容時，當液面離容量瓶頸部的刻度線下l-2cm時，改用膠頭滴管向容量瓶中滴加蒸餾水至凹液面的最低處恰好與刻度線相切；
d．少量溶液殘留在瓶塞與瓶口之間，不需要加水；
（5）根據電子轉移守恒計算氨氣與NO_x恰好反應的體積比，實際體積之比應大于或等于該值，保證氮的氧化物完全反應．

解答 解：A中通入空氣，提供氧氣，并將氨氣鼓入C中，B裝置干燥混合氣體，C裝置中發生氨的催化氧化生成NO，未反應的氨氣可以在D中被氯化鈣吸收，再裝置E中NO進一步被氧氣氧化生成二氧化氮，裝置F中二氧化氮與水反應生成硝酸，反應會導致裝置內壓強降低，裝置E具有防倒吸作用，用氫氧化鈉溶液吸收氮的氧化物，防止污染空氣．
（1）裝置B的作用是：吸收氣體中水蒸氣，裝置C玻璃管中發生反應的化學方程式為：4NH₃+5O₂$\frac{\underline{\;三氧化二鉻\;}}{△}$4NO+6H₂O，
故答案為：吸收氣體中水蒸氣；4NH₃+5O₂$\frac{\underline{\;三氧化二鉻\;}}{△}$4NO+6H₂O；
（2）裝置E有兩個作用，一是使NO進一步氧化；二是防止倒吸，故答案為：防止倒吸；
（3）裝置F中，發生反應的離子方程式為：3NO₂+H₂O=2H⁺+2NO₃^-+NO；為充分利用NO，應打開活塞a，緩緩通入適量空氣；若實驗過程中觀察到F中產生白煙，應有氨氣存在，與硝酸反應生成硝酸銨，鼓入空氣速度過快、氨水濃度過高都會導致氯化鈣不能完全吸收氨氣，
故答案為：3NO₂+H₂O=2H⁺+2NO₃^-+NO；打開活塞a，緩緩通入適量空氣；ab；
（4）根據c=$\frac{1000ρw}{M}$可知，NaOH溶液物質的量濃度為$\frac{1000×1.2×10%}{40}$mol/L=3mol/L；
a．NaOH固體易潮解，具有腐蝕性，應放在小燒杯中稱量，故a正確；
b．固體NaOH溶解放出大量的熱，應用液體有熱脹冷縮吸收，未冷卻直接引入容量瓶，恢復室溫會導致溶液體積偏小，應冷卻室溫后再移入容量瓶中，故b錯誤；
c．定容時，當液面離容量瓶頸部的刻度線下l-2cm時，改用膠頭滴管向容量瓶中滴加蒸餾水至凹液面的最低處恰好與刻度線相切，故c正確；
d．少量溶液殘留在瓶塞與瓶口之間，不影響溶液濃度，若再加水至刻度線，會導致溶液濃度偏低，故d錯誤，
故答案為：3mol/L；ac；
（5）x=1.5時，NO_x中N原子平均化合價為+3，二者恰好反應時，根據電子轉移守恒：n（NH₃）×3=n（NO_x）×3，故n（NH₃）：n（NO_x）=1，氮的氧化物完全反應，故相同條件下$\frac{V（N{H}_{3}）}{V（N{O}_{x}）}$≥1，
故答案為：1．

點評 本題考查實驗制備、物質的量濃度計算、溶液配制、氧化還原反應計等，實驗拼合型題目，明確結合反應原理明確各裝置的作用，難度中等．