Question

12．某�；瘜W(xué)小組學(xué)生利用如圖裝置進行“氨的催化氧化及其產(chǎn)物驗證”實驗．（圖中夾持裝置已略去）

（1）裝置B中盛放的試劑是堿石灰，用來吸收混合氣體中的水汽．
（2）反應(yīng)開始時，將裝置C中鉑絲加熱到紅熱，撤去酒精燈，鉑絲變暗．此時鼓入空氣，鉑絲又變紅熱．這是因為氨的催化氧化是放熱反應(yīng)．
（3）實驗過程中，裝置D中的導(dǎo)管容易生成無色晶體而堵塞．為了解決該問題，可以在活塞a后增加①（選填序號）．
①盛有蒸餾水的洗氣瓶    ②盛有濃鹽酸的洗氣瓶  ③盛有堿石灰的U形管
（4）反應(yīng)一段時間后，裝置E中的氣體顏色應(yīng)為紅棕色．裝置G的作用是吸收尾氣防止污染空氣．
（5）反應(yīng)一段時間后，裝置F中的紫色石蕊試液變紅，其原因是（寫出化學(xué)方程式）3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO．
（6）工業(yè)上合成氨的反應(yīng)是：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）；△H=-92.2kJ•mol^-1．
①下列做法能夠提高工業(yè)合成氨轉(zhuǎn)化率的是（選填字母）ad
a．增大壓強     b．升高溫度   c．使用鐵觸媒  d．將生成的NH₃及時從混合氣體中分離出去
②工業(yè)合成氨時采用500℃左右的溫度，主要是因為適當(dāng)升高溫度，使反應(yīng)速率增大，在500℃左右時催化劑的活性最大．

Answer 1

分析 濃氨水易揮發(fā)，鼓入空氣將揮發(fā)的濃氨水吹入B裝置，B中的堿石灰用來干燥氨氣，干燥的氨氣在C中發(fā)生催化氧化生成一氧化氮和水，用濃硫酸吸收生成的水，剩余干燥的一氧化氮在E中遇到空氣發(fā)生氧化反應(yīng)生成紅棕色的二氧化氮，二氧化氮與F中的水生成硝酸，溶液顯酸性，能夠使石蕊變紅色，最后用氫氧化鈉溶液吸收過量的二氧化氮，
（1）分析可知裝置B中是堿石灰；
（2）氨氣的催化氧化反應(yīng)是放熱反應(yīng)；
（3）氨氣的催化氧化生成一氧化氮、水蒸氣，裝置C出來的氣體還有氨氣，遇到濃硫酸反應(yīng)生成固體硫酸銨堵塞導(dǎo)氣管，需要通過水吸收；
（4）一氧化氮進入裝置E中和空氣中的氧氣反應(yīng)生成紅棕色氣體二氧化氮，G裝置氫氧化鈉溶液是吸收剩余氮氧化物；
（5）裝置E中生成的二氧化氮進入裝置F和水反應(yīng)生成硝酸和一氧化氮，使石蕊試液變紅色；
（6）①提高工業(yè)合成氨轉(zhuǎn)化率，應(yīng)使化學(xué)平衡正向進行；
②N₂+3H₂$\frac{\underline{\;\;催化劑\;\;}}{高溫高壓}$2NH₃ △H＜0，該反應(yīng)是氣體體積減小、放熱的可逆反應(yīng)，要使平衡向正反應(yīng)方向移動，應(yīng)降低溫度、增大壓強，溫度過低反應(yīng)速率過小，溫度越高，反應(yīng)速率越大，使用催化劑也能增大反應(yīng)速率，根據(jù)催化劑的活性受溫度影響情況進行來分析．

解答 解：（1）上述分析可知裝置B中是堿石灰，用來吸收混合氣體中的水汽，故答案為：堿石灰；
（2）此時鼓入空氣，鉑絲又變紅熱，說明氨氣的催化氧化是放熱反應(yīng)，故答案為：放熱；
（3）氨氣的催化氧化生成一氧化氮、水蒸氣，裝置C出來的氣體還有氨氣，遇到濃硫酸反應(yīng)生成固體硫酸銨堵塞導(dǎo)氣管，氨氣是堿性氣體，濃鹽酸會揮發(fā)出氯化氫氣體，干擾裝置F中的實驗現(xiàn)象，堿石灰不能吸收氨氣，氨氣極易溶于水，所以需要通過水吸收，故選①，
故答案為：①；
（4）一氧化氮進入裝置E中和空氣中的氧氣反應(yīng)生成紅棕色氣體二氧化氮，G裝置氫氧化鈉溶液是吸收剩余氮氧化物，防止污染空氣，
故答案為：紅棕色；吸收尾氣防止污染空氣；
（5）裝置E中生成的二氧化氮進入裝置F和水反應(yīng)生成硝酸和一氧化氮，3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO，硝酸使石蕊試液變紅色，故答案為：3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO；
（6）①提高工業(yè)合成氨轉(zhuǎn)化率，應(yīng)使化學(xué)平衡正向進行，N₂+3H₂$\frac{\underline{\;\;催化劑\;\;}}{高溫高壓}$2NH₃ △H＜0，該反應(yīng)是氣體體積減小、放熱的可逆反應(yīng)，要使平衡向正反應(yīng)方向移動，應(yīng)降低溫度、增大壓強，
a．增大壓強，平衡正向進行，反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率增大，故a正確；
b．升高溫度平衡逆向進行，反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率減小，故b錯誤；
c．使用鐵觸媒改變反應(yīng)速率，不改變化學(xué)平衡，轉(zhuǎn)化率不變，故c錯誤；
d．將生成的NH₃及時從混合氣體中分離出去，平衡正向進行，反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率增大，故d符合；
故答案為：ad；
②N₂+3H₂$\frac{\underline{\;\;催化劑\;\;}}{高溫高壓}$2NH₃ △H＜0，該反應(yīng)是氣體體積減小、放熱的可逆反應(yīng)，要使平衡向正反應(yīng)方向移動，應(yīng)降低溫度、增大壓強，但溫度過低反應(yīng)速率過小，不利于工業(yè)生成效益；溫度越高，反應(yīng)速率越大，所以應(yīng)適當(dāng)升高溫度，使反應(yīng)速率增大；使用催化劑也能增大反應(yīng)速率，但在500℃左右時催化劑的活性最大，所以選擇采用500℃左右的溫度進行，
故答案為：適當(dāng)升高溫度，使反應(yīng)速率增大，在500℃左右時催化劑的活性最大．

點評 本題為實驗題，考查了實驗設(shè)計方案的評價，物質(zhì)性質(zhì)的理解應(yīng)用，明確實驗原理及各裝置的作用是解題關(guān)鍵，題目難度中等．