Question

15．Ⅰ．合成氨工業(yè)對化學(xué)的國防工業(yè)具有重要意義．寫出氨的兩種重要用途制化肥、制硝酸．
Ⅱ．實驗室制備氨氣，下列方法中適宜選用的是②④．
①固態(tài)氯化銨加熱分解 ②固體氫氧化鈉中滴加濃氨水 ③氯化銨溶液與氫氧化鈉溶液共熱 ④固態(tài)氯化銨與氫氧化鈣混合加熱
Ⅲ．為了在實驗室利用工業(yè)原料制備少量氨氣，有人設(shè)計了如圖裝置（圖中夾持裝置均已略去）．

[實驗操作]
①檢查實驗裝置的氣密性后，關(guān)閉彈簧夾a、b、c、d、e．在A中加入鋅粒，向長頸漏斗注入一定量稀硫酸．打開彈簧夾c、d、e，則A中有氫氣發(fā)生．在F出口處收集氫氣并檢驗其純度．
②關(guān)閉彈簧夾c，取下截去底部的細(xì)口瓶C，打開彈簧夾a，將氫氣經(jīng)導(dǎo)管B驗純后點燃，然后立即罩上無底細(xì)口瓶C，塞緊瓶塞，如圖所示．氫氣繼續(xù)在瓶內(nèi)燃燒，幾分鐘后火焰熄滅．
③用酒精燈加熱反應(yīng)管E，繼續(xù)通氫氣，待無底細(xì)口瓶C內(nèi)水位下降到液面保持不變時，打開彈簧夾b，無底細(xì)口瓶C內(nèi)氣體經(jīng)D進(jìn)入反應(yīng)管E，片刻后F中的溶液變紅．
回答下列問題：
（1）檢驗氫氣純度的目的是排除空氣，保證安全．
（2）C瓶內(nèi)水位下降到液面保持不變時，A裝置內(nèi)發(fā)生的現(xiàn)象是鋅粒與酸脫離，防止了實驗裝置中壓強過大．此時再打開彈簧夾b的原因是盡量增大氫氣的濃度以提高氮氣的轉(zhuǎn)化率，C瓶內(nèi)氣體的成份是N₂、H₂．
（3）在步驟③中，先加熱鐵觸媒的原因是鐵觸媒在較高溫度時活性增大，加快氨合成的反應(yīng)速率．反應(yīng)管E中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式是N₂+3H₂2NH₃．

Answer 1

分析 Ⅰ．性質(zhì)決定其用途，根據(jù)氨氣性質(zhì)寫出其相應(yīng)的用途，根據(jù)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)選擇其重要用途；
Ⅱ．①固態(tài)氯化銨加熱分解成氨氣和氯化氫，但氨氣和氯化氫一冷卻馬上又可以化合成氯化銨；
②向固體氫氧化鈉中滴加濃氨水，氫氧化鈉吸水，放出大量熱，促進(jìn)NH₃•H₂O的分解及NH₃的揮發(fā)逸出；
③氯化銨溶液與氫氧化鈉溶液不易于收集氨氣；
④固體氯化銨與氫氧化鈣固體混合加熱可以制取氨氣；
Ⅲ．實驗步驟原理：①完成這一步后，相當(dāng)于先在整個裝置中通入了氫氣，先把裝置中的空氣進(jìn)行了排除，使氫氣與氨氣的反應(yīng)更安全．②關(guān)閉彈簧夾c，取下截去底部的細(xì)口瓶C，打開彈簧夾a，將氫氣經(jīng)導(dǎo)管B驗純后點燃，然后立即罩上無底細(xì)口瓶C，塞緊瓶塞，如圖所示．氫氣繼續(xù)在瓶內(nèi)燃燒，此時消耗的是無底細(xì)口瓶C中的氧氣，幾分鐘后火焰因缺氧而熄滅；③步先點燃E處酒精燈，只是為了先給催化劑升溫，因為催化劑也只有在適宜的溫度下才能發(fā)揮最大的活性，對于鐵觸媒來說，溫度應(yīng)該為500℃，在這同時，繼續(xù)通入氫氣，待無底細(xì)口瓶C內(nèi)水位下降到液面保持不變時，此時兩種氣體也混合的很均勻了，打開彈簧夾b，無底細(xì)口瓶C內(nèi)氣體經(jīng)D進(jìn)入反應(yīng)管E，在這個地方氮氣跟氫氣進(jìn)行反應(yīng)生成氨氣，但是這個反應(yīng)是可逆反應(yīng)，不可能大量的生成氨氣，盡管氨氣在水中的溶解度比較大，但由于該混合氣體中氨氣的量少，進(jìn)入F裝置的氣體中，含有較多難溶性的氣體，所以不易產(chǎn)生倒吸，據(jù)此回答．
（1）根據(jù)可燃性氣體與空氣混合后點燃可能發(fā)生爆炸進(jìn)行分析解答；
（2）C瓶內(nèi)水位下降到液面保持不變時，氮氣和氫氣混合均勻，A中試管內(nèi)液面下降，長頸漏斗中液面上升，鋅粒與酸脫離，打開彈簧夾b，無底細(xì)口瓶C內(nèi)氣體經(jīng)D進(jìn)入反應(yīng)管E，氮氣跟氫氣進(jìn)行反應(yīng)，保證氫氣含量較多，提高氮氣的轉(zhuǎn)化率，C中的氣體成分是氮氣和氫氣；
（3）升高催化劑的溫度，使催化劑達(dá)到最佳活性溫度，以提高反應(yīng)速率，氮氣和氫氣之間在催化劑的作用下發(fā)生反應(yīng)生成氨氣．

解答 解：I．氨氣極易液化，氣化時吸收熱量，所以氨氣能作制冷劑，氨氣能和氧氣反應(yīng)生成一氧化氮、一氧化氮和氧氣和水反應(yīng)生成硝酸，硝酸為工業(yè)用三大強酸之一，利用氨氣能生產(chǎn)化肥，所以氨氣重要用途為制化肥、制硝酸，
故答案為：制硝酸、化肥；
II．①固態(tài)氯化銨加熱分解成氨氣和氯化氫，但氨氣和氯化氫一冷卻馬上又可以化合成氯化銨，這個方案很難制氨氣，故①錯誤；
②向固體氫氧化鈉中滴加濃氨水，氫氧化鈉吸水，放出大量熱，促進(jìn)NH₃•H₂O的分解及NH₃的揮發(fā)逸出，故②正確；
③氯化銨溶液與氫氧化鈉溶液共熱反應(yīng)太劇烈并且生成的氨氣極易溶于水，不易收集氨氣，故③錯誤；
④固體氯化銨與氫氧化鈣固體混合加熱可以制取氨氣，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2NH₄Cl+Ca（OH）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CaCl₂+2NH₃↑+2H₂O，故④正確．
故選②④；
III．（1）氫氣具有可燃性，加熱不純的氫氣可能會發(fā)生爆炸，故檢驗氫氣純度的目的是排除空氣，保證安全，
故答案為：排除空氣，保證安全；
（2）當(dāng)C瓶內(nèi)水位下降到液面保持不變時，氮氣和氫氣兩種氣體也混合的很均勻了，C中的氣體成分是氮氣和氫氣，A中試管內(nèi)液面下降，長頸漏斗中液面上升，直到試管內(nèi)液面和鋅離分離，打開彈簧夾b，無底細(xì)口瓶C內(nèi)氣體經(jīng)D進(jìn)入反應(yīng)管E，在這個地方氮氣跟氫氣進(jìn)行反應(yīng)生成氨氣，并保證氫氣含量較多，提高氮氣的轉(zhuǎn)化率；
故答案為：鋅粒與酸脫離；盡量增大氫氣的濃度以提高氮氣的轉(zhuǎn)化率；N₂、H₂；
（3）第③步先點燃E處酒精燈，只是為了先給催化劑升溫，因為催化劑也只有在適宜的溫度下才能發(fā)揮最大的活性，對于鐵觸媒來說，溫度應(yīng)該為500℃，所以用酒精燈加熱反應(yīng)管E-段時間后再打開彈簧夾b，是為了升高催化劑的溫度，使催化劑達(dá)到最佳活性溫度，以提高反應(yīng)速率，氮氣和氫氣之間在催化劑的作用下發(fā)生反應(yīng)生成氨氣，即N₂+3H₂2NH₃，
故答案為：鐵觸媒在較高溫度時活性增大，加快氨合成的反應(yīng)速率；N₂+3H₂2NH₃．

點評 本題考查了氨氣的制取、氨氣的催化氧化的實驗方案設(shè)計，考查學(xué)生分析和解決問題的能力，注意知識的歸納和梳理是關(guān)鍵，題目難度中等．