Question

某学习小组将“从空气中制取氮气”作为研究课题，以下是他们的实验方案：

方案一：
（1）利用图1进行研究，图1中装置B的作用是______，装置C中发生了2Cu+O₂2CuO化学反应，此化学反应属于______类型，可能观察到的现象为______，装置C的作用是______．
方案二：
（2）将空气通过图1中A、B装置后，收集于图2的广口瓶中，用图2装置代替装置C进行实验．实验中用红磷而不用木炭的原因是______；
（3）此法得到的氮气不纯，请你分析可能的原因是______；
（4）在工业上，分离空气中的氮气和氧气是利用它们______的不同．

Answer 1

解：（1）图1中装置B的作用是干燥气体，因为气体通过氢氧化钠溶液后会带出水蒸气，装置C的作用是除去空气中的氧气；2Cu+O₂2CuO反应是两种物质生成一种物质的化合反应，可以观察到的现象为：红色固体逐渐变成黑色固体．
（2）红磷燃烧产生的浓浓白烟是P₂O₅固体，木炭燃烧生成的二氧化碳气体，使氮气中混有二氧化碳气体，因此选用木炭的方法会混入新的杂质．
（3）方案二得到的氮气不纯，可能的原因是空气中含有稀有气体等成分，或燃烧时氧气不能完全被消耗，通过反应制得的氮气中会含有稀有气体、氧气等杂质；
（4）在工业上，分离空气中的氮气和氧气是利用它们沸点的不同，氮气的沸点低，首先从液态空气中分离出来，剩下的主要是氧气．
故答案为：（1）干燥气体（除去水分）；化合反应；红色固体逐渐变成黑色固体；吸收（除去）氧气．
（2）因木炭燃烧生成二氧化碳气体，混入新杂质；
（3）制得的氮气中含有稀有气体、氧气等杂质；
（4）沸点．
分析：（1）以空气为原料制取N₂，从其设计的方案可知，采取除去空气中其他气体剩余N₂的方法．空气中除N₂外还含有O₂、CO₂、水蒸气．二氧化碳能与氢氧化钠反应，所以除二氧化碳用氢氧化钠溶液，因浓硫酸具有吸水性，所以除水蒸气选用浓硫酸，除二氧化碳时，气体要从溶液中通过，会带出水蒸气，所以要先除二氧化碳再干燥．灼热的铜丝能与氧气反应，这样剩下的气体主要是N₂．
（2）采用图2装置实验时，要选择能在空气中燃烧的物质，但燃烧产物不能有气体，否则生成的气体混在N₂中，影响实验结果．
（3）可从空气含有的成分分析制得气体不纯的原因或，燃烧时氧气不能完全被消耗．
（4）在工业上，根据氧气和氮气的沸点不同采用分离液态空气制取氧气．
点评：该题主要考查实验方案的设计与评价，物质的除杂和分离混合物的方法，重点联系空气中氧气含量测定实验进行分析．