（10分）N₂在諸多領(lǐng)域用途廣泛。某化學興趣小組為探究在實驗室制備較為純凈N₂的方法，進行了認真的準備。請你參與交流與討論。

【查閱資料】 N₂的制法有下列三種方案：

方案1：加熱NaNO₂和NH₄Cl的濃溶液制得N₂。

方案2：加熱條件下，以NH₃還原CuO可制得N₂，同時獲得活性銅粉。

方案3：將空氣緩緩通過灼熱的銅粉獲得較純的N₂。

【實驗準備】以實驗室常見儀器（藥品）等設(shè)計的部分裝置如下圖（有的夾持和加熱儀器未畫出）。

【分析交流】

⑴若以方案1制得N₂，應(yīng)選擇的發(fā)生裝置是                                。

⑵若按方案2制得干燥、純凈的N₂，且需要的NH₃以生石灰和濃氨水作原料，整套制氣裝置按氣流從左到右的順序連接的順序是（填寫序號，下同）                 。獲得N₂的反應(yīng)原理是（寫反應(yīng)方程式）                                       。

⑶若以排水法收集N₂，其中會混入水蒸氣。但也不宜用排空氣法，其原因是                          。你提出的收集方法是                           。

⑷上述三個方案中，制得的N₂純度最差的是                               。在N₂純度要求不甚嚴格的情況下，有人建議將方案2和方案3結(jié)合使用，你認為其優(yōu)點是                                                                         。

【查閱資料】

①鐵的常見氧化物

②草酸(乙二酸H₂C₂O₄)在濃硫酸存在下受熱分解的化學方程式為H₂C₂O₄CO₂↑+ CO↑+H₂O

【實驗準備】

①實驗的裝置圖如下

②藥品

a.草酸          b.工業(yè)鐵紅        c.NaOH溶液         d.澄清石灰水          e.濃硫酸           f.鹽酸

【實驗及數(shù)據(jù)】

取不同質(zhì)量的樣品進行實驗，所得實驗數(shù)據(jù)如下：

【討論與分析】

(1)興趣小組的同學擬以純凈的CO還原鐵的氧化物，所設(shè)計的實驗裝置中D、E、F應(yīng)分別盛放的試劑為____________、____________、___________(填寫序號)，其作用依次是____________、____________、_____________。上述裝置還有不完善之處，你建議改進的措施是________________________。

(2)由實驗數(shù)據(jù)不難得出，有一組實驗數(shù)據(jù)不可靠，該組數(shù)據(jù)是____________(填序號)，該工業(yè)鐵紅所含雜質(zhì)的化學式為________________________。

 非金屬知識規(guī)律總結(jié)

【高考導航】

一、非金屬元素在周期表中的位置和結(jié)構(gòu)特點

1、除H外，非金屬元素均在“階梯線”的右上方。共有16種非金屬元素，其中包括稀有氣體元素6種。

2、非金屬元素(包括稀有元素)均在主族(零族)。非金屬元素一般都有變價。

3、最外層電子數(shù)一般≥4(H、B除外)。

4、原子半徑比同周期金屬半徑小(稀有元素除外)。

二、非金屬性強弱的判斷依據(jù)

    元素非金屬性的本質(zhì)是元素的原子吸引電子的能力。試題常通過以下幾個方面來比較元素的非金屬性：

1、單質(zhì)跟H₂化合難易程度（反應(yīng)條件，劇烈程度，反應(yīng)熱的大小，生成氣態(tài)氫化物的穩(wěn)定性）。

2、最高價氧化物對應(yīng)水化物的酸性。

3、化合物中元素化合價的正負，如BrCl中，Cl為-1價，Br為+1價，說明非金屬性Cl＞Br。

4、通過氧化還原反應(yīng)確定非金屬單質(zhì)的氧化能力，進而比較非金屬性。

    需要指出的是，非金屬單質(zhì)的活動性與非金屬元素的活動性，有密切的聯(lián)系，但不是一回事。例如氮元素的非金屬性相當強，可是它的單質(zhì)N₂化學性質(zhì)卻不很活潑。單質(zhì)的化學性質(zhì)不僅取決于原子結(jié)構(gòu)，而且取決于分子結(jié)構(gòu)和晶體結(jié)構(gòu)。

三、非金屬元素的性質(zhì)及遞變規(guī)律

1、單質(zhì):

(1)結(jié)構(gòu):除稀有氣體外，非金屬原子間以共價鍵結(jié)合。非金屬單質(zhì)的成鍵有明顯的規(guī)律性。若它處在第N族，每個原子可提供8－N個價電子去和8－N個同種原子形成8－N個共價單鍵，可簡稱8－N規(guī)則；(H遵循2－N規(guī)則)。如ⅦA族單質(zhì):x－x；H的共價數(shù)為1，H－H，第ⅥA族的S、Se、Te共價單鍵數(shù)為8－6＝2,第ⅤA族的P、As共價單鍵數(shù)8－5＝3。但第二周期的非金屬單質(zhì)中N₂、O₂形成多鍵。

(2)熔沸點與聚集態(tài)。它們可以分為三類：

①小分子物質(zhì)。如:H₂、O₂、N₂、Cl₂等，通常為氣體，固體為分子晶體。

②多原子分子物質(zhì)。如P₄、S₈、As₄等，通常為液態(tài)或固態(tài)。均為分子晶體，但熔、沸點因范德華力較大而比①高，Br₂、I₂也屬此類，一般易揮發(fā)或升華。

③原子晶體類單質(zhì)。如金剛石、晶體硅和硼等，是非金屬單質(zhì)中高熔點“三角區(qū)”，通常為難揮發(fā)的固體。

(3)導電性:非金屬一般屬于非導體，金屬是良導體，而鍺、硅、砷、硒等屬于半導體。但半導體與導體不同之處是導電率隨溫度升高而增大。

(4)化學活性及反應(yīng):

    ③非金屬一般為成酸元素，難以與稀酸反應(yīng)。 固體非金屬能被氧化性酸氧化。

2、氫化物：

(1)氣態(tài)氫化物性質(zhì)比較

(2)由于氫鍵的存在，使得第ⅤA、ⅥA、ⅦA氫化物的熔沸點出現(xiàn)了反常。第ⅤA中：SbH₃＞NH₃＞AsH₃＞PH₃；第ⅥA中： H₂O＞H₂Te＞H₂Se＞H₂S；第ⅦA中HF＞HI＞HBr＞HCl。

(3)氣態(tài)氫化物水溶液的酸堿性及與水作用的情況。①HCl、HBr、HI溶于水成酸且都是強酸。②HF、H₂S、H₂Se、H₂Te溶于水成酸且都是弱酸。③NH₃溶于水成堿，氨水是弱堿。④PH₃、AsH₃、CH₄與水不反應(yīng)。⑤SiH₄、B₂H₆與水作用時分解并放出H₂。

3、非金屬氧化物的通性：

(1)許多非金屬低價氧化物有毒，如SO₂、NO、NO₂、CO等，注意不能隨便排放于大氣中。

(2)非金屬氧化物（除SiO₂外)大都是分子晶體，熔沸點相差不大。

(3)非金屬氧化物大都為酸酐，相應(yīng)的酸易溶于水，則氧化物易與水化合，反之水化反應(yīng)難以進行。

(4)不成鹽氧化物（如CO、NO）不溶于水，也不與堿反應(yīng)。雖然NO₂能與堿反應(yīng)生成鹽，但NO₂不屬于酸酐。

4、含氧酸

(1)同周期非金屬元素最高價含氧酸從左到右酸性增強。

(2)氧化性:同種元素低價強于高價含氧酸.

如:HClO＞HClO₃＞HClO₄(稀)

   H₂SO₃＞H₂SO₄(稀)

   HNO₂＞HNO₃(稀)

(3)對于同種非金屬形成的不同含氧酸，價態(tài)越高，酸性越強。其順序如：HClO₄＞HClO₃＞HClO₂＞HClO，H₂SO₄＞H₂SO₃。

(4)難揮發(fā)的H₂SO₄、H₃PO₄受熱難分解；強氧化性的HNO₃、HNO₂、HClO見光或受熱易分解；非氧化性的H₂CO₃、H₂SO₃易分解。強酸可制弱酸，難揮發(fā)性酸制揮發(fā)性酸。

(5)常見含氧酸的一般性質(zhì)：

①H₂SO₄：無色粘稠的油狀液體，強酸，沸點高，不揮發(fā)，穩(wěn)定。濃硫酸有吸水性、脫水性和強氧化性。

②H₂SO₃：僅存在于溶液中，中強酸，不穩(wěn)定。

③HClO₄：在水溶液中相當穩(wěn)定，最強無機酸，有強氧化性。

④HClO：僅存在于溶液中，是一種弱酸，有強氧化性和漂白性，極不穩(wěn)定，遇光分解。⑤HNO₃：無色液體，強酸，沸點低，易揮發(fā)，不穩(wěn)定，易分解，有強氧化性。

⑥H₃PO₄：無色晶體，中強酸，難揮發(fā)，有吸水性，穩(wěn)定，屬于非氧化性酸。

⑦H₂CO₃：僅存在于溶液中，弱酸，不穩(wěn)定。

⑧H₂SiO₃：白色固體，不溶于水，弱酸，不揮發(fā)，加熱時可分解。

⑨常見酸的酸性強弱。強酸：HCl、HNO₃、H₂SO₄；中強酸：H₂SO₃＞H₃PO₄(H₃PO₄中強偏弱）；弱酸：HF＞CH₃COOH＞H₂CO₃＞H₂S＞HClO＞H₂SiO₃。

四、11種無機化學氣體的制取和性質(zhì)(O₂、H₂、Cl₂、CO、NO、SO₂、NO₂、CO₂、H₂S、HCl、NH₃)。

(1)利用氧化還原反應(yīng)原理制取的氣體有：O₂、H₂、Cl₂、NO、NO₂等。

(2)利用復分解制取的氣體有：SO₂、CO₂、H₂S、HCl、NH₃等。

(3)可用啟普發(fā)生器制取的氣體有：H₂、CO₂、H₂S等。

(4)只能用排氣法收集的是：Cl₂、SO₂、NO₂、CO₂、H₂S、HCl、NH₃等。只能用排水法收集的氣體是：NO、CO。

(5)使紅色石蕊變藍的氣體是NH₃；使石灰水變渾濁的氣體是SO₂和CO₂；使品紅溶液褪色的氣體是SO₂和Cl₂；使高錳酸鉀溶液和溴水褪色的氣體有H₂S和SO₂。

(6)臭雞蛋氣味的氣體是H₂S；刺激性氣味的氣體有：Cl₂、SO₂、NO₂、HCl、NH₃等；毒性氣體有：Cl₂、CO、NO、SO₂、NO₂、H₂S等。

(7)能在空氣中燃燒的氣體：H₂S、CO、H₂等

【提出猜想】同學們對溶液中Fe³⁺和之間的反應(yīng)進行了猜想，提出了如下觀點：

Ⅰ、認為發(fā)生相互促進的水解反應(yīng)，其離子反應(yīng)方程式為：

2Fe³⁺+3+6H₂O2Fe(OH)₃(膠體)+3H₂SO₃

Ⅱ、認為發(fā)生氧化還原反應(yīng)，其離子反應(yīng)方程式為：

2Fe³⁺++H₂O2Fe²⁺+2H⁺+

【實驗驗證】為驗證“猜想”，同學們實驗如下：

(1)取一定量的Na₂SO₃固體配成Na₂SO₃濃溶液。

(2)取5 mL FeCl₃濃溶液于試管中，逐滴加入Na₂SO₃濃溶液，溶液顏色先由黃色變?yōu)榧t棕色，但無氣泡產(chǎn)生，無沉淀生成；繼續(xù)加入Na₂SO₃濃溶液至過量，溶液顏色加深，最終變成紅褐色溶液。

(3)換用稀釋的FeCl₃和Na₂SO₃溶液重復上述實驗，產(chǎn)生的現(xiàn)象完全相同。

(4)為判斷紅褐色溶液中含有Fe(OH)₃從而證明猜想Ⅰ正確。①部分同學認為只要證明該體系為膠體即可，因此通過_____________現(xiàn)象設(shè)計實驗方案，證明了其為Fe(OH)₃膠體；

②部分同學從反證法的角度考慮，認為只要證明紅褐色溶液中仍然有+3價的鐵，可說明Fe³⁺沒有被還原為Fe²⁺則猜想Ⅱ不正確，設(shè)計方案為，觀察到，從而說明紅褐色溶液中含有+3價的鐵。

(5)另有部分同學認為只要證明紅褐色溶液中含有可判斷猜想Ⅱ正確，因此設(shè)計方案為_____________，觀察到有白色沉淀生成_____________。

【解釋結(jié)論】綜合(4)(5)考慮，F(xiàn)e³⁺與的反應(yīng)類型為_____________。

【實驗反思】某學同認為(5)中來源不一定是被Fe³⁺氧化得到的，因此不能推斷猜想Ⅱ正確。你是否贊成該同學的觀點_____________(填“是”或“否”)。如果贊成，你對實驗改進的建議_____________(如果不贊成，該問不必作答)。

【拓展探究】鑒于Na₂CO₃在組成上與Na₂SO₃相似，某同學在FeCl₃溶液中加入Na₂CO₃溶液，馬上觀察到紅褐色沉淀并且產(chǎn)生無色氣體，該反應(yīng)的離子方程式是_____________；同學們交流后認為二者水溶液與氯化鐵溶液反應(yīng)的現(xiàn)象差別很大，除有較強的還原性而沒有還原性的原因外，還可能有的原因是__________________________。