Question

实验室可以通过以下三条途径按不同要求制取氮气：
①加热NaNO₂（一种致癌物质，有毒）与NH₄Cl的混合物浓溶液制取N₂；
②将空气通过灼热的活性铜粉制得较纯净的N₂；
③加热条件下用NH₃还原CuO得纯净的N₂和活性铜粉．
如图所示，给出了按上述途径制取N₂可供选择的几种实验装置：

请回答下列问题：
（1）按途径①制取N₂时，应选用上述装置中的

F

（填装置代码）做发生装置．
（2）若只需较纯净的N₂，有同学建议把②和③两条途径协同使用，这样做的好处是

铜和氧化铜可循环使用，节省试剂（或避免使用有毒物质而造成污染）

．
（3）按途径③制取N₂时，若气流从左到右的顺序所需的上述装置是：A→C→B→D．在A装置中所需要的试剂是

浓氨水

和

生石灰

．（写试剂名称）
①甲同学：为通过实验现象验证C处有水产生，必须在C装置前后都连接E装置，其中填充的固体药品按前后顺序分别为

碱石灰（或无水氯化钙）

、

无水硫酸铜

．（写试剂名称）
②乙同学：实验过程中，发现黑色固体完全变红，质疑此时红色固体可能含Cu₂O．通过查阅资料知：Cu₂O+2H⁺=Cu²⁺+Cu+H₂O．依据信息，请设计实验证明C处的红色固体中是否含有Cu₂O：

取样加入稀硫酸后溶液呈蓝色，即证明含Cu₂O

③丙同学：实验时充分加热，至C装置硬质玻管质量不再减轻为止．实验完毕后，若实验测得收集的N₂体积为aL（已折算为标准状况），硬质玻管质量减轻了bg．则氨分子中氮、氢的原子个数比为（用含a、b的字母的代数式表示）

16a

22.4b

（此空记3分）．
（4）目前工业上用氮气和氢气直接合成氨，氨经一系列反应可制得硝酸．在以上各步反应中，按要求完成化学反应方程式：
①氮元素只发生还原反应

N₂+3H₂

高温高压

催化剂

2NH₃

、
②氮元素既发生氧化反应又发生还原反应：

3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO

．

Answer 1

分析：（1）根据反应物状态和反应条件选择发生装置；
（2）根据绿色化学的定义结合反应的原理分析优点；
（3）浓氨水逐滴加到生石灰中可以放出氨气；
①根据2NH₃+3CuO

△   .

N₂+3Cu+3H₂O的反应物和生成物性质解答；
②根据Cu₂O+H₂SO₄（稀）=Cu+CuSO₄+H₂O进行解答；
③根据2NH₃+3CuO

△   .

N₂+3Cu+3H₂O，体积为aLN₂中的氮原子来自于氨气中的氮，硬质玻管质量减轻了bg，为氧化铜中氧元素的质量，据此解答；
（4）根据N₂+3H₂

高温高压

催化剂

2NH₃，4NH₃+5O₂

催化剂 .

△

4NO+6H₂O，2NO+O₂

△   .

2NO₂，3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO解答；

解答：解：（1）根据信息反应物是亚硝酸钠（NaNO₂）和氯化铵的混合物浓溶液，NaNO₂+NH₄Cl

△   .

NaCl+N₂↑+2H₂O，需圆底烧瓶作反应容器，需加热，E装置适合，
故答案为：E；
（2）从题中信息可知，NH₃和CuO生成Cu和N₂  而空气和Cu生成CuO，故Cu和CuO可以循环使用，方法一使用有毒的亚硝酸钠，方法二和三避免使用有毒物质而造成污染，因此联合使用方法二和方法三的优点有：铜和氧化铜可循环使用，节省试剂（或避免使用有毒物质而造成污染），
故答案为：铜和氧化铜可循环使用，节省试剂（或避免使用有毒物质而造成污染）；
（3）加热条件下用NH₃还原CuO得纯净的N₂和活性铜粉，制取N₂时，若气流从左到右的顺序所需的上述装置是：A为制取氨气的装置，该装置的特点是固体和液体反应不用加热制取气体，浓氨水逐滴加到生石灰中可以放出氨气，在A装置中所需要的试剂是浓氨水和生石灰，故答案为：浓氨水；生石灰；
①2NH₃+3CuO

△   .

N₂+3Cu+3H₂O，为通过实验现象验证C处有水产生，先须干燥氨气，干燥氨气用碱石灰，验证产物水用无水硫酸铜，
故答案为：碱石灰（或无水氯化钙）；无水硫酸铜；
②Cu₂O+H₂SO₄（稀）=Cu+CuSO₄+H₂O红色固体与酸反应，如果溶液变蓝说明有氧化亚铜存在，
故答案为：取样加入稀硫酸后溶液呈蓝色，即证明含Cu₂O；
③体积为aLN₂中的氮原子来自于氨气中的氮，氮原子的物质的量为

aL

22.4L/mol

×2，硬质玻管质量减轻了bg，为氧化铜中氧元素的物质的量

bg

16g/mol

，水中氢原子个数是氧原子个数的两倍，因此氢原子个数为

bg

16g/mol

×2，因此氨分子中氮、氢的原子个数比为

16a

22.4b

，
故答案为：

16a

22.4b

；
（4）工业上用氢气和氮气合成氨气N₂+3H₂

高温高压

催化剂

2NH₃，氮元素从氮气中的零价变为产物中NH₃的-3价被还原，氨气催化氧化生成一氧化氮和水4NH₃+5O₂

催化剂 .

△

4NO+6H₂O该反应中氮元素从NH₃的-3价被氧化成NO中+2价的氮，2NO+O₂

△   .

2NO₂，该反应中NO中+2价的氮被氧化成+4价氮的NO₂，3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO，该反应中氮元素从+4变为+5价和+2价既被氧化又被还原，
故答案为：N₂+3H₂

高温高压

催化剂

2NH₃；3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO．

点评：本题是一道关于三条途径按不同要求制取氮气的综合性实验题，从题干信息中找突破口，根据信息将学过的知识进行迁移是解答本题的关键，题目难度中等．