Question

11．某小組同學(xué)欲探究NH₃催化氧化反應(yīng)：4NH₃+5O₂$?_{△}^{催化劑}$ 4NO+6H₂O，按如圖1裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)．

（1）裝置A試管中的化合物X是Na₂O₂（填化學(xué)式）．
（2）實(shí)驗(yàn)進(jìn)行一段時(shí)間后，觀察到裝置G中溶液變成藍(lán)色．用離子方程式解釋G中溶液變藍(lán)的原因3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O．
（3）甲、乙兩同學(xué)分別按上述裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)．一段時(shí)間后，甲觀察到裝置F中有紅棕色氣體，乙則觀察到裝置F中只有白煙生成．該白煙的主要成分是NH₄NO₃（填化學(xué)式）．
（4）為了幫助乙實(shí)現(xiàn)在裝置F中也觀察到紅棕色氣體生成，可在原實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)．
①甲認(rèn)為是E反應(yīng)后剩余O₂太少導(dǎo)致F中無(wú)紅棕色氣體產(chǎn)生，預(yù)先在裝置A試管內(nèi)，除了NH₄HCO₃和X外，適當(dāng)加入鈉鹽NaHCO₃（填化學(xué)式）可以解決這個(gè)問(wèn)題．
②乙則認(rèn)為，可以在裝置E、F之間增加一個(gè)裝置，該裝置如圖2可以是abc（填標(biāo)號(hào)）．

Answer 1

分析 該實(shí)驗(yàn)探究NH₃催化氧化反應(yīng)，在催化劑條件下，氨氣和氧氣在E處發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成NO和水蒸氣，所以A中生成的氣體中含有氨氣和氧氣，加熱碳酸氫銨時(shí)，發(fā)生反應(yīng)NH₄HCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$H₂O+CO₂↑+NH₃↑，碳酸氫銨分解生成的氣體中不含氧氣，H₂O、CO₂和Na₂O₂反應(yīng)生成O₂，且除去雜質(zhì)H₂O、CO₂，所以X為Na₂O₂，生成的NO是無(wú)色氣體，NO不穩(wěn)定易被氧化生成紅棕色氣體NO₂，二氧化氮和水反應(yīng)生成硝酸，硝酸和Cu反應(yīng)生成硝酸銅、NO和水，氮氧化物有毒，不能直接排空，要連接尾氣處理裝置；
（1）裝置A試管中的化合物X是Na₂O₂；
（2）實(shí)驗(yàn)進(jìn)行一段時(shí)間后，觀察到裝置G中溶液變成藍(lán)色，說(shuō)明Cu發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成銅離子，二氧化氮和水反應(yīng)生成的硝酸與銅發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成硝酸銅；
（3）甲、乙兩同學(xué)分別按上述裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，一段時(shí)間后，甲觀察到裝置F中有紅棕色氣體說(shuō)明有二氧化氮生成，乙則觀察到裝置F中只有白煙生成，二氧化氮和水反應(yīng)生成硝酸，硝酸和氨氣反應(yīng)生成硝酸銨固體；
（4）為了幫助乙實(shí)現(xiàn)在裝置F中也觀察到紅棕色氣體生成，可在原實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)．
①甲認(rèn)為是E反應(yīng)后剩余O₂太少導(dǎo)致F中無(wú)紅棕色氣體產(chǎn)生，預(yù)先在裝置A試管內(nèi)，除了NH₄HCO₃和X外，適當(dāng)加入鈉鹽，該鈉鹽能受熱分解生成二氧化碳、水；
②乙則認(rèn)為，可以在裝置E、F之間增加一個(gè)裝置，該裝置要除去水蒸氣．

解答 解：該實(shí)驗(yàn)探究NH₃催化氧化反應(yīng)，在催化劑條件下，氨氣和氧氣在E處發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成NO和水蒸氣，所以A中生成的氣體中含有氨氣和氧氣，加熱碳酸氫銨時(shí)，發(fā)生反應(yīng)NH₄HCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$H₂O+CO₂↑+NH₃↑，碳酸氫銨分解生成的氣體中不含氧氣，H₂O、CO₂和Na₂O₂反應(yīng)生成O₂，且除去雜質(zhì)H₂O、CO₂，所以X為Na₂O₂，生成的NO是無(wú)色氣體，NO不穩(wěn)定易被氧化生成紅棕色氣體NO₂，二氧化氮和水反應(yīng)生成硝酸，硝酸和Cu反應(yīng)生成硝酸銅、NO和水，氮氧化物有毒，不能直接排空，要連接尾氣處理裝置；
（1）裝置A試管中的化合物X是Na₂O₂，故答案為：Na₂O₂；
（2）實(shí)驗(yàn)進(jìn)行一段時(shí)間后，觀察到裝置G中溶液變成藍(lán)色，說(shuō)明Cu發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成銅離子，NO和氧氣反應(yīng)生成NO₂，NO₂和水反應(yīng)生成的HNO₃與Cu發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成硝酸銅、NO和水，銅離子呈藍(lán)色，發(fā)生的離子方程式為3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O，
故答案為：3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O；
（3）甲、乙兩同學(xué)分別按上述裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，一段時(shí)間后，甲觀察到裝置F中有紅棕色氣體說(shuō)明有二氧化氮生成，乙則觀察到裝置F中只有白煙生成，E中生成NO和水，生成的NO被氧氣氧化生成紅棕色氣體NO₂，NO₂和水反應(yīng)生成HNO₃，HNO₃和氨氣反應(yīng)生成NH₄NO₃固體，所以白色固體成分是NH₄NO₃，故答案為：NH₄NO₃；
（4）為了幫助乙實(shí)現(xiàn)在裝置F中也觀察到紅棕色氣體生成，可在原實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)．
①甲認(rèn)為是E反應(yīng)后剩余O₂太少導(dǎo)致F中無(wú)紅棕色氣體產(chǎn)生，預(yù)先在裝置A試管內(nèi)，除了NH₄HCO₃和X外，適當(dāng)加入鈉鹽，該鈉鹽能受熱分解生成二氧化碳、水，所以可以是NaHCO₃，故答案為：NaHCO₃；
②乙則認(rèn)為，可以在裝置E、F之間增加一個(gè)裝置，該裝置要除去水蒸氣，a、b、c都可以吸收水蒸氣且和NO不反應(yīng)，故選abc．

點(diǎn)評(píng) 本題考查性質(zhì)實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)，為高考高頻點(diǎn)，明確實(shí)驗(yàn)原理及物質(zhì)性質(zhì)是解本題關(guān)鍵，熟悉流程圖中各個(gè)裝置的作用，同時(shí)考查學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作及實(shí)驗(yàn)分析能力，知道各個(gè)裝置發(fā)生的反應(yīng)，題目難度中等．