Question

【題目】19世紀末，科學家瑞利通過如下兩種方法制得氮氣，并測得其密度，從而獲得科學史上的重大發現。請你參與以下的科學發現過程。

方法I:利用空氣分離出氮氣

實驗步驟	解釋或結論
（1）將清新潔凈的空氣通過NaOH溶液，再通過濃硫酸。	通過濃硫酸的 目的是為了除去空氣中的_____________。
（2）將氣體通過能與氧氣反應的物質（提示:反應不能生成新的氣體）	請寫 出一種能用于除去氧氣的物質____________。
（3）收集剩余氣體，并測定該氣體的密度。	密度: 1.2572g/L

方法Ⅱ:用亞硝酸鈉（NaNO2）和氯化銨（NH4Cl）反應制取氮氣，同時還生成了氯化鈉和一種常見的液態物質（反應裝置如下圖所示，其中B部分的冰鹽起冷凝作用）。測得氮氣的密度為1.2508g/L.該反應的化學方程式為_____________________________。

[實驗驗證]實驗小組同學采用方法Ⅱ測定氮氣的密度，操作步驟如下:

① 20°C時，經過必要的實驗操作后，取含NH4Cl固體0.214g的飽和NH4Cl溶液放入燒瓶，連接裝置；

② 調節水準管，使其與量氣管中液面相平，記錄量氣管中水面讀數為10.0mL；

③打開分液漏斗的活塞，逐滴滴入飽和NaNO2溶液，加熱至反應發生，移走酒精燈:

④ 燒瓶中不再產生氣泡時，關閉分液漏斗A的活塞；

⑤待冷卻至室溫，調節兩邊液面高度相平，記錄量氣管中水面讀數為100.0mL；

⑥處理剩余藥品，整理實驗臺。

[實驗分析及數據處理]

（1）步驟①中加入藥品前必須進行的實驗操作是_________________；

（2）步驟③中移走酒精燈后，實驗可持續進行的原因是_________________；

（3）計算該實驗中生成的氮氣的密度為___________________g/L（保留4位小數）

[解釋與結論]瑞利（Rayleigh）發現，采用方法Ⅰ得到的氮氣在相同條件下比其他方法得到的純氮氣密度總是偏大0.5%~ 0.6%。若實驗設計與操作均無錯誤，且氮氣已完全干燥，請解釋產生這一現象的原因是________________；（已知:相同條件下，氣體的相對分子質量越大，密度就越大）

[反思與評價]

（1）裝置中A部分的分液漏斗與蒸餾燒瓶之間連接的導管所起的作用是____

A 防止NaNO2飽和溶液蒸發

B 保證實驗裝置不漏氣

C 使NaNO2飽和溶液順利滴下

D 使測得的N2體積更準確

（2）科學家瑞利僅僅是從小數點第三位數的差別，發現了新物質。這啟示我們在今后的學習和生活中要學習科學家的______________。

A 嚴謹求實的科學態度和敢于懷疑的批判精神

B 科學研究中遇到疑惑就趁早放棄，不要浪費時間

C 不能因為微小的差異而放過一次成功的機會

D 要相信權威，權威一定是正確的

（3）在實驗室中，我們也可將氨氣通過熾熱的裝有氧化銅的硬質玻璃管，生成銅、氮氣和水蒸氣，該反應的化學方程式為_______________________，若實驗操作正確，除去水蒸氣，經過精確測定，用該方法測得的氮氣密度數值應與上述方法__________________ （填“I”或“II”）的更接近。

Answer 1

【答案】水蒸氣（或H2O） 銅（或紅磷） 檢查裝置氣密性 NaNO2和NH4CI反應放熱,可提供自身反應所需要的溫度 1.2444 空氣中含有少量密度比氮氣大的物質，如稀有氣體等沒有被除去 CD AC Ⅱ

【解析】

方法I：
（1）將清新潔凈的空氣通過NaOH溶液可以除去空氣中的二氧化碳，濃硫酸具有吸水性，再通過濃硫酸可以除去空氣中的水蒸氣（或H2O）；

（2）除去空氣中的氧氣，可將氣體通過能與氧氣反應的物質且產物為固體，例如紅磷、銅等，所以實驗過程如下表所示：

實驗步驟	解釋或結論
（1）將清新潔凈的空氣通過NaOH溶液，再通過濃硫酸。	通過濃硫酸的 目的是為了除去空氣中的水蒸氣（或H2O）。
（2）將氣體通過能與氧氣反應的物質（提示：反應不能生成新的氣體）	一種能用于除去氧氣的物質是銅（或紅磷）
（3）收集剩余氣體，并測定該氣體的密度。	密度: 1.2572g/L

方法Ⅱ：

用亞硝酸鈉（NaNO2）和氯化銨（NH4Cl）反應制取氮氣，同時還生成了氯化鈉和一種常見的液態物質，根據質量守恒定律和水的物理性質可知，該液態物質是水，該反應的化學方程式為：；

實驗分析及數據處理：

（1）為了實驗結果準確，有氣體參與的實驗，對裝置首先進行氣密性檢查；

（2）酒精燈加熱供給反應開始所需的熱量后，NaNO2和NH4CI反應放熱,可提供自身反應所需要的溫度；

（3）生成氮氣體積=100mL-10mL=90mL=0.09L；

設生成氮氣質量為x。

x=0.112g；

實驗中生成的氮氣的密度=；

解釋與結論：

根據題目信息，氣體相對分子質量越大，氣體密度越大，空氣中比氮氣密度大的氣體為二氧化碳和稀有氣體，二氧化碳被吸收除去，所以只有稀有氣體可以影響氮氣的密度的增大。瑞利（Rayleigh）發現，采用方法Ⅰ得到的氮氣在相同條件下比其他方法得到的純氮氣密度總是偏大0.5%~ 0.6%。若實驗設計與操作均無錯誤，且氮氣已完全干燥，產生這一現象的原因是空氣中含有少量密度比氮氣大的物質，如稀有氣體等沒有被除去；

反思與評價：

（1）連接導管，聯通內部的壓強，可以保證液體順利留下，避免壓差導致液體流通不暢；避免飽和NaNO2溶液加入燒瓶后，引起的氣體體積變化，使測得的N2體積更準確。故選CD；

（2）A、化學學習中要以事實說話，抱有嚴謹的科學精神，同時對發現的不同現象敢于提出疑問，持有敢于批判的精神，故A正確；

B、缺乏毅力，不能保持刻度求真的態度，不符合學習的精神，故B錯誤；

C、善于抓住細小，細節決定成敗，故C正確；

D、面對疑問要敢于質疑，不得人云亦云，權威不一定正確，故D錯誤。故選AC。

（3）在實驗室中，我們也可將氨氣通過熾熱的裝有氧化銅的硬質玻璃管，生成銅、氮氣和水蒸氣，該反應的化學方程式為：；利用化學反應制備氮氣，沒有稀有氣體存在。若實驗操作正確，除去水蒸氣，經過精確測定，用該方法測得的氮氣密度數值應與上述方法II的更接近。