Question

10．某化學(xué)學(xué)習(xí)小組決定在實(shí)驗(yàn)室模擬工業(yè)生產(chǎn)原理制備少量氨氣，設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)：

①連接好裝置并檢查實(shí)驗(yàn)裝置的氣密性后，制備少量氫氣并檢驗(yàn)氫氣純度；
②用氫氣將空氣中的氧氣消耗掉，得到氫氣與氮?dú)獾幕旌蠚怏w；
③用鐵觸媒催化使氫氣與氮?dú)夥磻?yīng)生成氨氣；
④檢驗(yàn)氨氣的生成．
（1）檢驗(yàn)氫氣純度的目的是防止因氫氣不純發(fā)生爆炸．
（2）上述各裝置的接口正確的連接順序?yàn)棰佗茛堍冖邰蓿?br />（3）操作②時(shí)，彈簧夾a、b、c的開、關(guān)情況為關(guān)閉彈簧夾bc，打開a，如何判斷氧氣已經(jīng)完全被消耗掉氫氣在c中燃燒，火焰熄滅時(shí)，證明氧氣已經(jīng)完全被消耗掉．
（4）在步驟③中，先加熱鐵觸媒，后通混合氣體的原因是鐵觸媒在較高溫度時(shí)活性大，加快氨氣合成的反應(yīng)速率，反應(yīng)管D中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式是N₂+3H₂$?_{△}^{鐵觸媒}$2NH₃．
（5）若有氨氣生成，現(xiàn)象為E中溶液變紅．
（6）該裝置有（填“有”或“無”）缺點(diǎn)，若填有，改進(jìn)措施為氫氣與氮?dú)饣旌蠚怏w應(yīng)該先通過干燥裝置，再通入反應(yīng)裝置；⑦后連接一個(gè)吸收氨氣的裝置．

Answer 1

分析 （1）氫氣為易燃性氣體，氫氣不純點(diǎn)燃容易發(fā)生爆炸；
（2）依據(jù)實(shí)驗(yàn)步驟的先后確定裝置的連接順序；
（3）依據(jù)步驟②用氫氣將空氣中的氧氣消耗掉，得到氫氣與氮?dú)獾幕旌蠚怏w解答；氧氣支持燃燒，裝置內(nèi)無氧氣，則氫氣火焰熄滅；
（4）催化劑在一定溫度下催化活性大；D中氮?dú)馀c氫氣反應(yīng)生成氨氣；
（5）氨氣為堿性氣體，能夠與水反應(yīng)生成弱堿一水合氨，使溶液顯堿性；
（6）鐵高溫下能夠與水蒸氣反應(yīng)而使催化劑中毒，為防止催化劑中毒，需要對反應(yīng)氣體進(jìn)行干燥；氨氣為污染性氣體，不能直接排放到大氣中，應(yīng)進(jìn)行尾氣處理．

解答 解：（1）氫氣為易燃性氣體，氫氣不純點(diǎn)燃容易發(fā)生爆炸，所以實(shí)驗(yàn)前應(yīng)檢驗(yàn)氫氣純度；
故答案為：防止因氫氣不純發(fā)生爆炸；
（2）依據(jù)實(shí)驗(yàn)步驟：①連接好裝置并檢查實(shí)驗(yàn)裝置的氣密性后，制備少量氫氣并檢驗(yàn)氫氣純度；②用氫氣將空氣中的氧氣消耗掉，得到氫氣與氮?dú)獾幕旌蠚怏w；
③用鐵觸媒催化使氫氣與氮?dú)夥磻?yīng)生成氨氣；④檢驗(yàn)氨氣的生成，所以正確的連接順序?yàn)椋孩佗茛堍冖邰蓿?br />故答案為：①⑤④②③⑥；
（3）依據(jù)步驟②用氫氣將空氣中的氧氣消耗掉，得到氫氣與氮?dú)獾幕旌蠚怏w，用氫氣將空氣中的氧氣消耗掉，應(yīng)該關(guān)閉彈簧夾bc，打開a；氧氣支持燃燒，裝置內(nèi)無氧氣，則氫氣火焰熄滅；
故答案為：關(guān)閉彈簧夾bc，打開a；氫氣在c中燃燒，火焰熄滅時(shí)，證明氧氣已經(jīng)完全被消耗掉；
（4）由于鐵觸媒有一定的活性溫度要求，在較高溫度時(shí)活性大，加快氨氣合成的反應(yīng)速率，所以應(yīng)先加熱鐵觸媒，再通過混合氣體，氮?dú)馀c氫氣在鐵觸媒催化作用下反應(yīng)生成氨氣，方程式：N₂+3H₂$?_{△}^{鐵觸媒}$2NH₃；
故答案為：鐵觸媒在較高溫度時(shí)活性大，加快氨氣合成的反應(yīng)速率；N₂+3H₂$?_{△}^{鐵觸媒}$2NH₃；
（5）氨氣為堿性氣體，能夠與水反應(yīng)生成弱堿一水合氨，使溶液顯堿性，酚酞在堿性溶液中顯紅色；
故答案為：E中溶液變紅；
（6）鐵高溫下能夠與水蒸氣反應(yīng)而使催化劑中毒，為防止催化劑中毒，需要對反應(yīng)氣體進(jìn)行干燥，所以氫氣與氮?dú)饣旌蠚怏w應(yīng)該先通過干燥裝置，再通入反應(yīng)裝置；氨氣為污染性氣體，不能直接排放到大氣中，應(yīng)進(jìn)行尾氣處理；
故答案為：有；氫氣與氮?dú)饣旌蠚怏w應(yīng)該先通過干燥裝置，再通入反應(yīng)裝置；⑦后連接一個(gè)吸收氨氣的裝置；

點(diǎn)評 本題為物質(zhì)的制備實(shí)驗(yàn)，明確氨氣的制備原理及各裝置的作用是解題關(guān)鍵，題目難度中等．