Question

N₂在化工生產、農業、醫療、航天航空等諸多領域用途廣泛．某化學興趣小組同學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：加熱條件下，以NH₃還原CuO可制得N₂，同時獲得活性銅粉．
方案2：加熱NaNO₂和NH₄Cl的濃溶液制得N₂．
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）等設計的部分裝置如圖（有的夾持和加熱儀器未畫出）．
【分析交流】
（1）若按方案1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的反應原理是（寫反應方程式）

 

．
（2）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

 

．
（3）若以方案2制得N₂，應選擇的發生裝置是

 

．為保證實驗安全順利進行，操作時應

 

（填寫兩點）．
（4）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1和方案3結合使用，你認為其優點是

 

．

Answer 1

分析：（1）用生石灰和濃氨水作原料制取氨氣，需選擇固體和液體不需要加熱制取氣體的裝置，提供的裝置E符合條件，根據制取并收集純凈的N₂的原理選擇裝置；
（2）根據氣體性質選擇收集方法；
（3）根據反應物狀態和反應條件選擇發生裝置；從安全角度來考慮操作要點；
（2）依據制備過程分析，①②中Cu 和 CuO 可以循環使用．

解答：解：（ l ） 濃氨水易揮發，CaO固體與水反應放出大量的熱，導致溫度升高，使得氨氣在水中的溶解度進一步減少，以氣體的形式逸出，制得氨氣，題中所給的裝置，適用于制備氣體的發生裝置的是E，發生的化學反應為：NH₃?H₂O+CaO═Ca（OH）₂+NH₃↑，氨氣中混有水蒸氣，故可用堿石灰干燥，選用D裝置，氨氣和氧化銅在B裝置中反應，反應方程式為：2NH₃+3CuO

△   .

3Cu+N₂↑+3H₂O，按方案1制取N₂中會含有未反應的氨氣，因此，還需要用試劑吸收氨氣，由于氨氣是一種堿性氣體，所以用濃硫酸來吸收氮氣中的氨氣，選用C裝置，
故答案為：E→D→B→C；2NH₃+3CuO

△   .

3Cu+N₂↑+3H₂O；
（2）N₂的相對分子質量28與空氣的平均相對分子質量相近，故不宜用排空氣法；可直接用塑料袋收集，
故答案為：N₂的相對分子質量28與空氣的平均相對分子質量相近（用氣體密度大小比較回答問題也給分）；以塑料袋直接收集；
（3）根據信息反應物是亞硝酸鈉（NaNO₂）和氯化銨的濃溶液混合物，NaNO₂+NH₄Cl

△   .

NaCl+N₂↑+2H₂O，需圓底燒瓶作反應容器，需加熱，A裝置適合，用濃硫酸干燥，選用C裝置；為保證實驗安全順利進行，裝藥品前檢查裝置的氣密性；向燒瓶內加少許碎瓷片防暴沸；將分液漏斗上部活塞凹槽與口部小孔相對，便于液體順利流下；
故答案為：AC；將分液漏斗上部活塞凹槽與口部小孔相對；檢查裝置的氣密性；向燒瓶內加少許碎瓷片；
（4）從制備過程看，方案1和2能得到純凈的氮氣，而方案3制取的氮氣中混有稀有氣體、二氧化碳、水蒸氣等物質，
故方案3氮氣純度最差；方案1和3反應原理簡單，原料來源多，銅和氧化銅可以循環利用；
故答案為：方案3；Cu 和 CuO 可以循環使用，節省藥品．

點評：本題是一道關于三條途徑按不同要求制取氮氣的綜合性實驗題，從題干信息中找突破口，根據信息將學過的知識進行遷移是解答本題的關鍵，題目難度中等．