Question

實驗室可以通過以下三條途徑按不同要求制取氮氣：
①加熱NaNO₂（一種致癌物質(zhì)，有毒）與NH₄Cl的混合物濃溶液制取N₂；
②將空氣通過灼熱的活性銅粉制得較純凈的N₂；
③加熱條件下用NH₃還原CuO得純凈的N₂和活性銅粉．
如圖所示，給出了按上述途徑制取N₂可供選擇的幾種實驗裝置：

請回答下列問題：
（1）按途徑①制取N₂時，應選用上述裝置中的______（填裝置代碼）做發(fā)生裝置．
（2）若只需較純凈的N₂，有同學建議把②和③兩條途徑協(xié)同使用，這樣做的好處是______．
（3）按途徑③制取N₂時，若氣流從左到右的順序所需的上述裝置是：A→C→B→D．在A裝置中所需要的試劑是______和______．（寫試劑名稱）
①甲同學：為通過實驗現(xiàn)象驗證C處有水產(chǎn)生，必須在C裝置前后都連接E裝置，其中填充的固體藥品按前后順序分別為______、______．（寫試劑名稱）
②乙同學：實驗過程中，發(fā)現(xiàn)黑色固體完全變紅，質(zhì)疑此時紅色固體可能含Cu₂O．通過查閱資料知：Cu₂O+2H⁺=Cu²⁺+Cu+H₂O．依據(jù)信息，請設計實驗證明C處的紅色固體中是否含有Cu₂O：______
③丙同學：實驗時充分加熱，至C裝置硬質(zhì)玻管質(zhì)量不再減輕為止．實驗完畢后，若實驗測得收集的N₂體積為aL（已折算為標準狀況），硬質(zhì)玻管質(zhì)量減輕了bg．則氨分子中氮、氫的原子個數(shù)比為（用含a、b的字母的代數(shù)式表示）______（此空記3分）．
（4）目前工業(yè)上用氮氣和氫氣直接合成氨，氨經(jīng)一系列反應可制得硝酸．在以上各步反應中，按要求完成化學反應方程式：
①氮元素只發(fā)生還原反應______、
②氮元素既發(fā)生氧化反應又發(fā)生還原反應：______．

Answer 1

解：（1）根據(jù)信息反應物是亞硝酸鈉（NaNO₂）和氯化銨的混合物濃溶液，NaNO₂+NH₄ClNaCl+N₂↑+2H₂O，需圓底燒瓶作反應容器，需加熱，E裝置適合，
故答案為：E；
（2）從題中信息可知，NH₃和CuO生成Cu和N₂ 而空氣和Cu生成CuO，故Cu和CuO可以循環(huán)使用，方法一使用有毒的亞硝酸鈉，方法二和三避免使用有毒物質(zhì)而造成污染，因此聯(lián)合使用方法二和方法三的優(yōu)點有：銅和氧化銅可循環(huán)使用，節(jié)省試劑（或避免使用有毒物質(zhì)而造成污染），
故答案為：銅和氧化銅可循環(huán)使用，節(jié)省試劑（或避免使用有毒物質(zhì)而造成污染）；
（3）加熱條件下用NH₃還原CuO得純凈的N₂和活性銅粉，制取N₂時，若氣流從左到右的順序所需的上述裝置是：A為制取氨氣的裝置，該裝置的特點是固體和液體反應不用加熱制取氣體，濃氨水逐滴加到生石灰中可以放出氨氣，在A裝置中所需要的試劑是濃氨水和生石灰，故答案為：濃氨水；生石灰；
①2NH₃+3CuON₂+3Cu+3H₂O，為通過實驗現(xiàn)象驗證C處有水產(chǎn)生，先須干燥氨氣，干燥氨氣用堿石灰，驗證產(chǎn)物水用無水硫酸銅，
故答案為：堿石灰（或無水氯化鈣）；無水硫酸銅；
②Cu₂O+H₂SO₄（�。�=Cu+CuSO₄+H₂O紅色固體與酸反應，如果溶液變藍說明有氧化亞銅存在，
故答案為：取樣加入稀硫酸后溶液呈藍色，即證明含Cu₂O；
③體積為aLN₂中的氮原子來自于氨氣中的氮，氮原子的物質(zhì)的量為×2，硬質(zhì)玻管質(zhì)量減輕了bg，為氧化銅中氧元素的物質(zhì)的量，水中氫原子個數(shù)是氧原子個數(shù)的兩倍，因此氫原子個數(shù)為×2，因此氨分子中氮、氫的原子個數(shù)比為，
故答案為：；
（4）工業(yè)上用氫氣和氮氣合成氨氣N₂+3H₂2NH₃，氮元素從氮氣中的零價變?yōu)楫a(chǎn)物中NH₃的-3價被還原，氨氣催化氧化生成一氧化氮和水4NH₃+5O₂4NO+6H₂O該反應中氮元素從NH₃的-3價被氧化成NO中+2價的氮，2NO+O₂2NO₂，該反應中NO中+2價的氮被氧化成+4價氮的NO₂，3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO，該反應中氮元素從+4變?yōu)?5價和+2價既被氧化又被還原，
故答案為：N₂+3H₂2NH₃；3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO．
分析：（1）根據(jù)反應物狀態(tài)和反應條件選擇發(fā)生裝置；
（2）根據(jù)綠色化學的定義結(jié)合反應的原理分析優(yōu)點；
（3）濃氨水逐滴加到生石灰中可以放出氨氣；
①根據(jù)2NH₃+3CuON₂+3Cu+3H₂O的反應物和生成物性質(zhì)解答；
②根據(jù)Cu₂O+H₂SO₄（�。�=Cu+CuSO₄+H₂O進行解答；
③根據(jù)2NH₃+3CuON₂+3Cu+3H₂O，體積為aLN₂中的氮原子來自于氨氣中的氮，硬質(zhì)玻管質(zhì)量減輕了bg，為氧化銅中氧元素的質(zhì)量，據(jù)此解答；
（4）根據(jù)N₂+3H₂2NH₃，4NH₃+5O₂4NO+6H₂O，2NO+O₂2NO₂，3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO解答；
點評：本題是一道關于三條途徑按不同要求制取氮氣的綜合性實驗題，從題干信息中找突破口，根據(jù)信息將學過的知識進行遷移是解答本題的關鍵，題目難度中等．