Question

10．N₂在诸多领域用途广泛．某化学兴趣小组为探究在实验室制备较为纯净N₂的方法，进行了认真的准备．请你参与交流与讨论．
【查阅资料】N₂的制法有下列三种方案：
方案1：加热NaNO₂和NH₄Cl的浓溶液制得N₂．
方案2：加热条件下，以NH₃还原CuO可制得N₂，同时获得活性铜粉．
方案3：将空气缓缓通过灼热的铜粉获得较纯的N₂．
【实验准备】以实验室常见仪器（药品）等设计的部分装置如下图（有的夹持和加热仪器未画出）．

【分析交流】
（1）若以方案1制得N₂，应选择的发生装置是A．
（2）若按方案2制得干燥、纯净的N₂，且需要的NH₃以生石灰和浓氨水作原料，整套制气装置按气流从左到右的连接顺序是（填写序号）E→D→B→C．获得N₂的反应原理是（写反应方程式）2NH₃+3CuO$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$3Cu+N₂+3H₂O．
（3）若以排水法收集N₂，其中会混入水蒸气．但也不宜用排空气法，其原因是N₂的相对分子质量28与空气的平均相对分子质量相近（用气体密度大小比较回答问题也给分）．
你提出的收集方法是用塑料袋直接收集．
（4）上述三个方案中，制得的N₂纯度最差的是方案3．在N₂纯度要求不甚严格的情况下，有人建议将方案2和方案3结合使用，你认为其优点是Cu 和 CuO 可以循环使用，节省药品．

Answer 1

分析 （1）若以方案1加热NaNO₂和NH₄Cl的浓溶液制得N₂，反应物状态是固液混合、反应条件是加热，应该选用固液加热型装置；
（2）若按方案2制得干燥、纯净的N₂，且需要的NH₃以生石灰和浓氨水作原料，先用生石灰和浓氨水混合制取氨气，然后用碱石灰干燥氨气，将氨气和CuO加热制取氮气，再用酸吸收未反应的氨气，最后获取干燥、纯净的氮气；在加热条件下，氨气和CuO加热生成Cu和氮气；
（3）氮气和空气相对分子质量接近，所以不宜采用排空气法收集；可以用塑料袋直接收集；
（4）根据制备方案中氮气纯度分析．在N₂纯度要求不甚严格的情况下，方案2和方案3中Cu 和 CuO 可以循环使用．

解答 解：（1）若以方案1加热NaNO₂和NH₄Cl的浓溶液制得N₂，反应物状态是固液混合、反应条件是加热，应该选用固液加热型装置，故选A；
（2）若按方案2制得干燥、纯净的N₂，且需要的NH₃以生石灰和浓氨水作原料，先用生石灰和浓氨水混合制取氨气，不需要加热，应该选取固液混合不加热型装置，故选B；然后用碱石灰干燥氨气，选D；将氨气和CuO加热制取氮气，选B；再用酸吸收未反应的氨气，选C；最后获取干燥、纯净的氮气，所以仪器连接顺序是E→D→B→C；在加热条件下，氨气和CuO加热生成Cu和氮气，反应方程式为2NH₃+3CuO$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$3Cu+N₂+3H₂O，
故答案为：E→D→B→C；2NH₃+3CuO$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$3Cu+N₂+3H₂O；
（3）N₂的相对分子质量28与空气的平均相对分子质量相近，故不宜用排空气法；可直接用塑料袋收集，
故答案为：N₂的相对分子质量28与空气的平均相对分子质量相近（用气体密度大小比较回答问题也给分）；以塑料袋直接收集；
（4）从制备过程看，方案1和2能得到纯净的氮气，而方案3制取的氮气中混有稀有气体、二氧化碳、水蒸气等物质，所以方案3氮气纯度最差；方案2和3反应原理简单，原料来源多，铜和氧化铜可以循环利用；
故答案为：方案3；Cu 和 CuO 可以循环使用，节省药品．

点评 本题考查气体制备实验方案设计，为高频考点，明确实验原理及实验基本操作过程是解本题关键，会从实验原理及实验步骤方面进行评价，难点是仪器连接顺序，题目难度中等．