Question

如圖1所示“合成氨”的演示實驗（夾持儀器均已省略）．在Y形管的一側用Zn粒和稀H₂SO₄反應制取H₂，另一側用NaNO₂固體和NH₄Cl飽和溶液反應制取N₂，N₂和H₂混合后通過還原鐵粉來合成NH₃，再將產生的氣體通入酚酞試液中，若酚酞試液變紅，則說明產生了氨氣．
某課外活動小組通過查閱資料和多次實驗，得到了如下信息：
信息一：NaNO₂固體和飽和NH₄Cl溶液混合加熱的過程中發生如下反應：
①NaNO₂+NH₄Cl→NH₄NO₂+NaCl     
②NH₄NO₂→NH₃+HNO₂
③2HNO₂→N₂O₃+H₂O              
④2NH₃+N₂O₃→2N₂+3H₂O
信息二：查閱資料，不同體積比的N₂、H₂ 混合氣體在相同實驗條件下合成氨，使酚酞試液變紅所需要的時間如下：

N2和H2的體積比	5：1	3：1	1：1	1：3	1：5
酚酞變紅色所需時間/min	8～9	7～8	6～7	3～4	9～10

據此回答下列問題：
（1）Y形管左側管中發生反應的離子方程式：

 

．
（2）鐵粉撒在石棉絨上的目的是

 

．
（3）課外活動小組的同學們認為，該實驗中即使酚酞變紅也不能說明N₂和H₂反應合成了NH₃，得出此結論的理由是

 

，請你另設計一個簡單的實驗驗證你的理由

 

．欲解決這一問題，可以選用圖2中的

 

裝置連接在原裝置中的

 

和

 

之間．
（4）在上述實驗過程中，為盡快觀察到酚酞試液變紅的實驗現象，應該控制N₂和H₂的體積比為

 

比較適宜；但該裝置還難以實現此目的，原因是

 

．
（5）實驗過程中通入試管C中的氣體成分有

 

．

Answer 1

分析：（1）Y形管的一側用Zn粒和稀H₂SO₄反應制取H₂，另一側用NaNO₂固體和NH₄Cl飽和溶液反應制取N₂，裝置圖中右側是加熱反應，用來制備氮氣，左側不需要加熱制備氣體是制備氫氣的裝置；
（2）N₂和H₂混合后通過還原鐵粉來合成NH₃，為增大混合氣體一催化劑的接觸面積可以把鐵粉撒在石棉絨上；
（3）課外小組的同學們認為，該實驗中即使酚酞試液變紅也不能說明N₂和H₂反應合成了NH₃，分析得出此結論的理由；設計一個簡單的實驗驗證你的理由；
（4）在上述實驗過程中，為盡快觀察到酚酞變紅的實驗現象，應該控制N₂和H₂的體積比為 1：3比較適宜；但無法測量氣體體積，該裝置還難以實現此目的．
（5）有題目信息，推測實驗過程中通入試管C中的氣體的成分．

解答：解：（1）Y形管左側管中發生反應的化學方程式為 Zn+H₂SO₄═ZnSO₄+H₂↑；
故答案為：Zn+H₂SO₄═ZnSO₄+H₂↑；
（2）石棉絨的作用是增大混合氣體與催化劑還原鐵粉的接觸面積，使反應進行得更充分；
故答案為：增大混合氣體與催化劑還原鐵粉的接觸面積，使反應進行得更充分；
（3）課外小組的同學們認為，該實驗中即使酚酞試液變紅也不能說明N₂和H₂反應合成了NH₃，得出此結論的理由是：從分步反應可知，產生N₂的過程中，有可能直接產生氨氣，另設計一個簡單的實驗驗證你的理由：將NaNO₂固體和飽和NH₄Cl溶液混合加熱，產生的氣體直接通入酚酞試液，若酚酞試液變紅，則說明理由成立；否則，說明理由不成立；欲解決這一問題，可以選用下圖中的③裝置連接在原裝置中的A和B之間；
鈷答案為：從分步反應可知，產生N₂的過程中，有可能直接產生氨氣．
將NaNO₂固體和飽和NH₄Cl溶液混合加熱，產生的氣體直接通入酚酞試液，若酚酞試液變紅，則說明理由成立；否則，說明理由不成立． ③； A，B；
（4）在上述實驗過程中，為盡快觀察到酚酞變紅的實驗現象，依據化學反應定量關系，N₂+3H₂?2NH₃，應該控制N₂和H₂的體積比為 1：3比較適宜；但該裝置還難以實現此目的原因是無法控制通入B中N₂和H₂的體積比；
故答案為：體積比為 1：3比較適宜；無法控制通入B中N₂和H₂的體積比；
（5）實驗過程中，依據氮氣和氫氣合成氨是可逆反應，不能進行徹底，所以通入試管C中的氣體成分有 NH₃、N₂、H₂；
故答案為：NH₃、N₂、H₂；

點評：本題考查了物質性質的實驗室制備方法和性質驗證，此題是相關知識的考查，解題的關鍵是根據題中提供的信息結合已有的知識進行分析，屬常規性基礎拓展考查題，考查學生的知識遷移運用能力．