Question

2．某小組同學欲探究NH₃與O₂反應的反應過程，按下列裝置進行實驗．

（1）A、B裝置中可選藥品：濃氨水、H₂O₂、CaO、CaCO₃、MnO₂、濃鹽酸、蒸餾水．
①則A裝置中發(fā)生反應的化學方程式為2H₂O₂$\frac{\underline{\;MnO_{2}\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑；B裝置中錐形瓶中盛放的藥品是CaO．
②E裝置中氨氣被催化氧化生成一氧化氮時的化學方程式為4NH₃+5O₂$\frac{\underline{催化劑}}{△}$4NO+6H₂O．
③F裝置中可以看到有紅棕色氣體和白煙生成，紅棕色氣體是NO₂（填化學式，下同），白煙的成分NH₄NO₃．
（2）另一小組的同學撤掉A、C裝置，只用剩余裝置來完成此實驗，B裝置中分液漏斗盛放的是濃氨水，那么B裝置中的錐形瓶中盛放的固體藥品是Na₂O₂．
（3）工業(yè)上制取的濃硝酸往往呈黃色，該小組成員設計實驗探究硝酸呈黃色的原因，提出如下假設，請你完成假設二．
假設一：可能含有Fe³⁺；
假設二：可能含有NO₂；
假設三：可能含有上述兩種微粒．
檢驗是否含有Fe³⁺的方法是：取少量樣品于試管中，加水稀釋，滴加KSCN溶液，如果溶液變紅說明含有Fe³⁺，反之不含（補充操作步驟、現象和結論）．
（4）工業(yè)上用氨、氧氣和水為原料制取硝酸銨，如果用17噸氨氣，最多可制取40噸硝酸銨 （硝酸銨的相對分子質量為80）．

Answer 1

分析 （1）根據實驗目的可知，A、B裝置制備的是氨氣和氧氣，根據干燥裝置C、D可知，裝置C為濃硫酸，所以裝置A中制取的是O₂、裝置B中制取的是NH₃．
①常溫下制取氧氣，在題干中提供的藥品中可選擇H₂O₂、MnO₂；裝置B中制取的是NH₃，在題干中提供的藥品中可選擇濃氨水、CaO，根據化學平衡移動的影響因素解答，CaO遇水生成Ca（OH）₂，同時放出大量熱量，有利于氨氣的生成；
②氨氣與氧氣在催化劑作用下反應生成一氧化氮和水；
③一氧化氮與氧氣反應生成紅棕色的二氧化氮；二氧化氮與水反應生成硝酸，硝酸與氨氣反應生成硝酸銨；
（2）氨的催化氧化，是氨氣和氧氣的反應，A裝置的分液漏斗中盛放濃氨水，則燒瓶中盛放的藥品應該是既能生成氧氣，又能使氨氣逸出；
（3）二氧化氮為紅棕色氣體，在濃硝酸中往往呈黃色，所以探究硝酸呈黃色的原因，可能含有Fe³⁺，可能含有NO₂，可能兩者都有；三價鐵離子與硫氰根離子發(fā)生絡合反應生成血紅色硫氰合鐵絡合物；
（4）用氨、氧氣和水為原料制取硝酸銨，有關反應如下：4NH₃+5O₂$\frac{\underline{催化劑}}{△}$4NO+6H₂O，4NO+3O₂+2H₂O═4HNO₃，NH₃+HNO₃═NH₄NO₃，用于催化氧化制HNO₃的氨的物質的量與硝酸反應的氨的物質的量相等．

解答 解：（1）①欲實驗驗證NH₃的化學性質，則裝置A、B中制取的是氧氣和氨氣，根據干燥裝置C、D可知，裝置C為濃硫酸，所以裝置A中制取的是O₂，因常溫下制取氧氣，在題干中提供的藥品中可選擇H₂O₂、MnO₂，MnO₂作催化劑，反應為：2H₂O₂$\frac{\underline{\;MnO_{2}\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑，裝置B中制取的是NH₃，在題干中提供的藥品中可選擇濃氨水、CaO，濃氨水滴入到CaO固體上，CaO固體溶于水放出大量熱，同時生成氫氧化鈣，氨氣在溫度高的情況下溶解度小，在氨水中存在平衡：NH₃+H₂O?NH₃•H₂O?NH₄⁺+OH^-，平衡向左移動；氫氧化鈣電離出氫氧根離子，OH^-濃度增加，平衡向左移動，制得氨氣，
故答案為：2H₂O₂$\frac{\underline{\;MnO_{2}\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑；CaO；
②NH₃與過量O₂在催化劑、加熱條件下發(fā)生反應生成一氧化氮和水，反應方程為：4NH₃+5O₂$\frac{\underline{催化劑}}{△}$4NO+6H₂O，
故答案為：4NH₃+5O₂$\frac{\underline{催化劑}}{△}$4NO+6H₂O；
③NO與未反應的氧氣反應生成二氧化氮，則裝置F中紅棕色氣體為二氧化氮；二氧化氮與水反應生成硝酸，硝酸與氨氣反應生成硝酸銨，所以觀察到裝置F中有白煙生成，
故答案為：NO₂；NH₄NO₃；
（2）過氧化鈉和水反應2Na₂O₂+2H₂O=4NaOH+O₂↑，該反應能提供氧氣，同時為放熱反應，放出大量熱量，使?jié)獍彼�中的氨氣逸出�?br />故答案為：Na₂O₂；
（3）二氧化氮為紅棕色氣體，在濃硝酸中往往呈黃色，所以探究硝酸呈黃色的原因，可能含有Fe³⁺，可能含有NO₂，可能兩者都有，三價鐵離子與硫氰根離子發(fā)生絡合反應生成血紅色硫氰合鐵絡合物，離子方程式為Fe³⁺+3SCN^-?Fe（SCN）₃，取少量溶液于試管中，加入KSCN溶液，若出現血紅色溶液證明原溶液中含Fe³⁺，反之不含，
故答案為：NO₂；滴加KSCN溶液，如果溶液變紅說明含有Fe³⁺，反之不含；
（4）17噸氨氣的物質的量為n=$\frac{m}{M}$=$\frac{17×1{0}^{6}g}{17g/mol}$=1×10⁶mol，用氨、氧氣和水為原料制取硝酸銨，有關反應如下：4NH₃+5O₂$\frac{\underline{催化劑}}{△}$4NO+6H₂O，4NO+3O₂+2H₂O═4HNO₃，NH₃+HNO₃═NH₄NO₃，與硝酸反應的氨的物質的量是5×10⁵mol，最多可制取硝酸銨5×10⁵mol，質量為：5×10⁵mol×80g/mol÷10⁶克/噸=40噸，
故答案為：40．

點評 本題主要考查了氨氣的催化氧化、硝酸銨的計算等知識，解答須掌握該反應的原理和相關物質的性質，注意知識的歸納和整理，對學生分析問題和解決問題的能力要求較高，題目難度中等．