Question

15．Ⅰ．合成氨工業(yè)對化學的國防工業(yè)具有重要意義．寫出氨的兩種重要用途制化肥、制硝酸．
Ⅱ．實驗室制備氨氣，下列方法中適宜選用的是②④．
①固態(tài)氯化銨加熱分解 ②固體氫氧化鈉中滴加濃氨水 ③氯化銨溶液與氫氧化鈉溶液共熱 ④固態(tài)氯化銨與氫氧化鈣混合加熱
Ⅲ．為了在實驗室利用工業(yè)原料制備少量氨氣，有人設計了如圖裝置（圖中夾持裝置均已略去）．

[實驗操作]
①檢查實驗裝置的氣密性后，關閉彈簧夾a、b、c、d、e．在A中加入鋅粒，向長頸漏斗注入一定量稀硫酸．打開彈簧夾c、d、e，則A中有氫氣發(fā)生．在F出口處收集氫氣并檢驗其純度．
②關閉彈簧夾c，取下截去底部的細口瓶C，打開彈簧夾a，將氫氣經導管B驗純后點燃，然后立即罩上無底細口瓶C，塞緊瓶塞，如圖所示．氫氣繼續(xù)在瓶內燃燒，幾分鐘后火焰熄滅．
③用酒精燈加熱反應管E，繼續(xù)通氫氣，待無底細口瓶C內水位下降到液面保持不變時，打開彈簧夾b，無底細口瓶C內氣體經D進入反應管E，片刻后F中的溶液變紅．
回答下列問題：
（1）檢驗氫氣純度的目的是排除空氣，保證安全．
（2）C瓶內水位下降到液面保持不變時，A裝置內發(fā)生的現象是鋅粒與酸脫離，防止了實驗裝置中壓強過大．此時再打開彈簧夾b的原因是盡量增大氫氣的濃度以提高氮氣的轉化率，C瓶內氣體的成份是N₂、H₂．
（3）在步驟③中，先加熱鐵觸媒的原因是鐵觸媒在較高溫度時活性增大，加快氨合成的反應速率．反應管E中發(fā)生反應的化學方程式是N₂+3H₂2NH₃．

Answer 1

分析 Ⅰ．性質決定其用途，根據氨氣性質寫出其相應的用途，根據工農業(yè)生產選擇其重要用途；
Ⅱ．①固態(tài)氯化銨加熱分解成氨氣和氯化氫，但氨氣和氯化氫一冷卻馬上又可以化合成氯化銨；
②向固體氫氧化鈉中滴加濃氨水，氫氧化鈉吸水，放出大量熱，促進NH₃•H₂O的分解及NH₃的揮發(fā)逸出；
③氯化銨溶液與氫氧化鈉溶液不易于收集氨氣；
④固體氯化銨與氫氧化鈣固體混合加熱可以制取氨氣；
Ⅲ．實驗步驟原理：①完成這一步后，相當于先在整個裝置中通入了氫氣，先把裝置中的空氣進行了排除，使氫氣與氨氣的反應更安全．②關閉彈簧夾c，取下截去底部的細口瓶C，打開彈簧夾a，將氫氣經導管B驗純后點燃，然后立即罩上無底細口瓶C，塞緊瓶塞，如圖所示．氫氣繼續(xù)在瓶內燃燒，此時消耗的是無底細口瓶C中的氧氣，幾分鐘后火焰因缺氧而熄滅；③步先點燃E處酒精燈，只是為了先給催化劑升溫，因為催化劑也只有在適宜的溫度下才能發(fā)揮最大的活性，對于鐵觸媒來說，溫度應該為500℃，在這同時，繼續(xù)通入氫氣，待無底細口瓶C內水位下降到液面保持不變時，此時兩種氣體也混合的很均勻了，打開彈簧夾b，無底細口瓶C內氣體經D進入反應管E，在這個地方氮氣跟氫氣進行反應生成氨氣，但是這個反應是可逆反應，不可能大量的生成氨氣，盡管氨氣在水中的溶解度比較大，但由于該混合氣體中氨氣的量少，進入F裝置的氣體中，含有較多難溶性的氣體，所以不易產生倒吸，據此回答．
（1）根據可燃性氣體與空氣混合后點燃可能發(fā)生爆炸進行分析解答；
（2）C瓶內水位下降到液面保持不變時，氮氣和氫氣混合均勻，A中試管內液面下降，長頸漏斗中液面上升，鋅粒與酸脫離，打開彈簧夾b，無底細口瓶C內氣體經D進入反應管E，氮氣跟氫氣進行反應，保證氫氣含量較多，提高氮氣的轉化率，C中的氣體成分是氮氣和氫氣；
（3）升高催化劑的溫度，使催化劑達到最佳活性溫度，以提高反應速率，氮氣和氫氣之間在催化劑的作用下發(fā)生反應生成氨氣．

解答 解：I．氨氣極易液化，氣化時吸收熱量，所以氨氣能作制冷劑，氨氣能和氧氣反應生成一氧化氮、一氧化氮和氧氣和水反應生成硝酸，硝酸為工業(yè)用三大強酸之一，利用氨氣能生產化肥，所以氨氣重要用途為制化肥、制硝酸，
故答案為：制硝酸、化肥；
II．①固態(tài)氯化銨加熱分解成氨氣和氯化氫，但氨氣和氯化氫一冷卻馬上又可以化合成氯化銨，這個方案很難制氨氣，故①錯誤；
②向固體氫氧化鈉中滴加濃氨水，氫氧化鈉吸水，放出大量熱，促進NH₃•H₂O的分解及NH₃的揮發(fā)逸出，故②正確；
③氯化銨溶液與氫氧化鈉溶液共熱反應太劇烈并且生成的氨氣極易溶于水，不易收集氨氣，故③錯誤；
④固體氯化銨與氫氧化鈣固體混合加熱可以制取氨氣，反應的化學方程式為：2NH₄Cl+Ca（OH）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CaCl₂+2NH₃↑+2H₂O，故④正確．
故選②④；
III．（1）氫氣具有可燃性，加熱不純的氫氣可能會發(fā)生爆炸，故檢驗氫氣純度的目的是排除空氣，保證安全，
故答案為：排除空氣，保證安全；
（2）當C瓶內水位下降到液面保持不變時，氮氣和氫氣兩種氣體也混合的很均勻了，C中的氣體成分是氮氣和氫氣，A中試管內液面下降，長頸漏斗中液面上升，直到試管內液面和鋅離分離，打開彈簧夾b，無底細口瓶C內氣體經D進入反應管E，在這個地方氮氣跟氫氣進行反應生成氨氣，并保證氫氣含量較多，提高氮氣的轉化率；
故答案為：鋅粒與酸脫離；盡量增大氫氣的濃度以提高氮氣的轉化率；N₂、H₂；
（3）第③步先點燃E處酒精燈，只是為了先給催化劑升溫，因為催化劑也只有在適宜的溫度下才能發(fā)揮最大的活性，對于鐵觸媒來說，溫度應該為500℃，所以用酒精燈加熱反應管E-段時間后再打開彈簧夾b，是為了升高催化劑的溫度，使催化劑達到最佳活性溫度，以提高反應速率，氮氣和氫氣之間在催化劑的作用下發(fā)生反應生成氨氣，即N₂+3H₂2NH₃，
故答案為：鐵觸媒在較高溫度時活性增大，加快氨合成的反應速率；N₂+3H₂2NH₃．

點評 本題考查了氨氣的制取、氨氣的催化氧化的實驗方案設計，考查學生分析和解決問題的能力，注意知識的歸納和梳理是關鍵，題目難度中等．