Question

3．氮及其化合物在生產(chǎn)、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(yè)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(jīng)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(jīng)冷卻的氣體連續(xù)通入乙裝置的水中吸收氨，不會（“會”或“不會”）發(fā)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(nèi)，寫出裝置中氨的催化氧化的化學方程式：4NH₃+5O₂$\frac{\underline{\;Pt\;}}{△}$4NO+6H₂O．
⑤乙裝置的錐形瓶內(nèi)鉑絲保持紅熱的原因是反應放熱．
⑥反應結束后錐形瓶內(nèi)溶液中的含氮離子有NH₄⁺、NO₃^-（填離子符號）．
（3）農(nóng)村有句諺語--雷雨肥莊稼，即雷雨時自然界發(fā)生了一系列的反應，合成了植物生長需要的氮肥，有利于植物生長．這其中使游離態(tài)的氮直接轉化為化合態(tài)的氮的化學反應方程式為N₂+O₂$\frac{\underline{\;放電\;}}{\;}$2NO．
（4）目前，在汽車尾氣系統(tǒng)中裝置催化轉化器可減少CO和NO的污染，該化學反應方程式為CO+NO$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$N₂+CO₂．
（5）一定條件下，N₂O和CO的混合氣體在點燃條件下恰好完全反應，生成的三種產(chǎn)物均為大氣組成氣體，并測得反應后氣體的密度為反應前氣體密度的$\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(xiàn)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(jīng)加熱反應制取氮氣，反應生成氮氣、氯化鈉和水；
②根據(jù)制取氣體的藥品狀態(tài)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(jù)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(jù)溶液的組成來確定含有的離子，氨的催化氧化反應產(chǎn)物是一氧化氮和水，一氧化氮極易變?yōu)槎�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(chǎn)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(zhì)的量之比，由于產(chǎn)生三種可參與大氣循環(huán)的氣體，產(chǎn)生的氣體為二氧化碳、氮氣和氧氣，N₂O和CO可能發(fā)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(zhì)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(fā)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(fā)生了第一個反應，據(jù)此據(jù)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{\;\;△\;\;}}{\;}$2NH₃↑+CaCl₂+2H₂O；c；
（2）①實驗室可用飽和亞硝酸鈉（NaNO₂）溶液與飽和氯化銨溶液經(jīng)加熱反應制取氮氣，反應生成氮氣、氯化鈉和水，反應的化學方程式為：NaNO₂+NH₄Cl$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$NaCl+N₂↑+2H₂O，故答案為：NaNO₂+NH₄Cl$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$NaCl+N₂↑+2H₂O；
②實驗室可用飽和亞硝酸鈉（NaNO₂）溶液與飽和氯化銨溶液經(jīng)加熱后反應制取氮氣，可以選擇a，實驗室里用金屬鋅粒和稀硫酸反應制取氫氣，可以選擇裝置b，
故答案為：a；b；
③合成氨的反應是可逆的，工業(yè)合成氨中，20MPa，約500℃的反應條件下，流出氣體中含14%～18%（體積分數(shù)）的NH₃，即有大量的氮氣和氫氣未能轉化為氨還會有一些氮氣、氫氣存在，這樣會緩解氨氣極易溶于水導致的氣壓差，不會倒吸，故答案為：不會；
④氨的催化氧化反應產(chǎn)物是一氧化氮和水，即4NH₃+5O₂$\frac{\underline{催化劑}}{△}$4NO+6H₂O，故答案為：4NH₃+5O₂$\frac{\underline{催化劑}}{△}$4NO+6H₂O；
⑤氨的催化氧化反應是一個放熱反應，將經(jīng)加熱的鉑絲插入乙裝置的錐形瓶內(nèi)，能使鉑絲保持紅熱，故答案為：反應放熱；
⑥氨的催化氧化反應產(chǎn)物是一氧化氮和水，一氧化氮極易變?yōu)槎�氧化氮，二氧化氮和水反應生成硝酸和一氧化氮，所以硝酸的存在會和氨水反應生成硝酸銨，溶液中會存在H⁺、OH^-、NH₄⁺、NO₃^-，故答案為：NH₄⁺；NO₃^-；
（3）氮氣和氧氣放電條件下反應生成一氧化氮，反應的化學方程式為：N₂+O₂$\frac{\underline{\;放電\;}}{\;}$2NO，故答案為：N₂+O₂$\frac{\underline{\;放電\;}}{\;}$2NO；
（4）在汽車尾氣系統(tǒng)中裝置催化轉化器可減少CO和NO的污染，該化學反應方程式為：CO+NO$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$N₂+CO₂，故答案為：CO+NO$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$N₂+CO₂；
（5）由于產(chǎn)生三種可參與大氣循環(huán)的氣體，則N₂O和CO可能發(fā)生的反應只能為：N₂O+CO=N₂+CO₂、2N₂O=2N₂+O₂，反應后氣體密度減小為反應前的$\frac{6}{7}$，結合質(zhì)量守恒可知，反應后氣體體積增大為反應前的$\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}$體積的N₂O直接發(fā)生了分解，而剩余$\frac{2}{3}$體積氣體中有$\frac{1}{3}$體積的N₂O和$\frac{1}{3}$體積的CO發(fā)生了第一個反應，即混合氣體中有$\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(zhì)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(xiàn)象判斷，難度較大．