- 氨硝酸硫酸
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(12分) 某校化学研究性学习小组的同学在学习了氨的性质讨论:运用类比的思想,既然氨气具有还原性,能否像H2那样还原CuO呢?他们设计实验制取氨气并探究上述问题。请你参与该小组的活动并完成下列研究:
(一)制取氨气
(1)写出实验制取氨气的化学方程式 ;
(2)在实验室中,还可以用浓氨水与 (填写一种试剂)快速制取少量氨气;
(3)有同学模仿排饱和食盐水收集氯气的方法,想用排饱和氯化铵溶液的方法收集氨气。你认为能否达到目的? (填“能”或“否”),理由是 。
(二)该小组中某同学设计了下图所示的实验装置(夹持及尾气处理装置未画出),探究氨气的还原性:
(1)该装置在设计上有一定缺陷,为保证实验结果的准确性,对该装置的改进措施是 。
(2)利用改进后的装置进行实验,观察到CuO变为红色物质,无水CuSO4变蓝色,同时生成一种无污染的气体。写出氨气与CuO反应的化学方程式: 。
正确答案
(一)(1) 2NH4Cl + Ca(OH)2 CaCl2+2NH3↑+2H2O ;
(2) NaOH固体或生石灰或碱石灰等
(3) 否 , 氨气极易溶于水、氯化铵对氨气在水中的溶解影响不大。
(二)(1)在装置A与B之间增加装有碱石灰的干燥管
(2) 3CuO+2NH3 3Cu+N2+3H2O
试题分析:(一)(1)实验室制备氨气的用品是氯化铵和消石灰。(2)浓氨水中加入一种吸水的固体便可以制备氨气。(3)氨气的特殊性为它极易溶于水,所以即使溶液中有氯化铵也不能抑制它溶于水。(二)
(1)由于最后是在检验生成的水,所以在之前要将反应物干燥。(2)氧化铜变红,证明有铜单质生成,无水硫酸铜变蓝色,证明有水生成,另外有一种不污染空气的气体,即为空气的成分,根据元素守恒,推测为氮气,可以写出方程式。
点评:本题以实验探究为背景,考查了实验室制备氨气的方法,涉及到了装置改进和分析实验现象能力的考查。属于简单题
硝酸是极其重要的化工原料,工业上将产生的NO2在密闭容器中用水多次反复循环吸收制备硝酸。
(1)工业上用水吸收NO2生产HNO3,生成的气体经多次氧化、吸收的循环操作充分转化为硝酸(假定上述过程无其他损失)。试写出上述反应的化学方程式:
。
(2)为了证明NO也可以与氧气和水共同反应生成HNO3,某学生设计了如图所示装置(有关夹持装置已略去)。
①检查装置气密性良好后,为观察到NO气体生成,打开K1,关闭K2,应从U形管的长管口注入稀硝酸至 后,迅速关闭K1,观察到U形管内的现象是 。
②装置Ⅲ中发生反应的化学方程式为 。
③蘸NaOH溶液的棉花团的作用是 。
④打开K2,至装置Ⅱ中长玻璃管中的气体呈无色后,打开K3,反应一段时间后,长玻璃管中并未充满液体。设计简单方法检验长玻璃管中的气体是否含NO 。
正确答案
(1)4NO2+O2+2H2O=4HNO3(或分成两个方程式写)
(2)①U形管右侧胶塞下沿 U形管左端液面高于右端,铜丝慢慢溶解,产生无色气体,溶液逐渐变蓝(至少答三点)
②2H2O22H2O+O2↑
③吸收氮的氧化物防止污染环境
④再打开K3,若观察到长玻璃管中气体迅速变为红棕色,则证明余气含NO,若无颜色变化,则证明不含NO(其他合理答案也可)
解答本题要注意以下两点:(1)根据实验目的和所放置的试剂确定各装置的作用。
(2)三个开关K1、K2、K3的开与关都对实验起着重要作用。
(12分)(1)在浓硝酸中放入铜片。
①开始反应的化学方程式为___________________________________
②若铜有剩余,则反应将要结束时的反应的离子方程式是 。
③待反应停止后,再加入少量的25%的稀硫酸,这时铜片上又有气泡产生,其原因是
_____________________________________________________。
(2) 在100mL混合酸中,c(HNO3) = 0.4mol·L-1,c(H2SO4) = 0.2mol·L-1,向其中加入2.56g铜粉,微热,待充分反应后,溶液中Cu2+的物质的量浓度为 。
(3)14g铜银合金与过量的某浓度的硝酸溶液反应,待放出的气体与1.12L(标准状况下)氧气混合通入水中,恰好全部被水吸收,则合金中铜的质量是 。
正确答案
(12分)
(1)① Cu + 4HNO3(浓)= Cu(NO3)2 + 2NO2↑ + 2H2O (2分)
②3Cu + 8H+ + 2NO3- =3Cu2+ + 2NO↑ + 4H2O(2分)
③再加入稀H2SO4,H+与NO3―构成了氧化条件。(2分)
(2)0.15mol·L-1 (3分)
(3)3.2g(3分)
(1)铜与硝酸反应与其浓度有关:
Cu + 4HNO3(浓)= Cu(NO3)2 + 2NO2↑ + 2H2O
3Cu + 8HNO3(稀)="3" Cu(NO3)2 + 2NO↑ + 4H2O
③待反应停止后,再加入少量的25%的稀硫酸提供H+,溶液中的NO3-可继续氧化铜
(2)NO3-、H+、Cu均为0.04mol,结合下面的离子方程式:
3Cu + 8H+ + 2NO3- =3Cu2+ + 2NO↑ + 4H2O
0.015mol 0.04mol 0.01mol 0.015mol
溶液中Cu2+的物质的量浓度为0.15mol·L-1
(3)设合金中铜为x mol,银为 y mol
由合金质量可知:64x+108y=14 由电子守恒可得:2x+y=4×11.2/22.4
x=0.05mol y=0.1mol
所以铜为3.2g
为探究铜与稀硝酸反应产生的气体主要是NO,某课外活动小组设计了下列实验。图中D为止水夹,F是装有一半空气的注射器,其中加热装置和固定装置均已略去。
请回答有关问题:
(1)组装好装置后,关闭D,若装置的气密性良好,向外抽注射器活塞,C装置中有什么现象?
;
(2)反应开始前要向体系中通入气体A,为什么? ;A可以是 (填序号) ①N2 ②O2 ③空气 ④CO2
(3)当完成装置A的实验目的后,关闭D,再将装置B中的铜丝插入稀硝酸。B中反应的离子方程式是: 。
(4)反应一段时间后,将F中空气推入E中,证明生成了NO实验现象是: 。
(5)装置C的作用是: 。
正确答案
(1)有一段水柱上升(2分)
(2)赶尽整个装置内的空气,避免对NO的检验造成干扰(2分)
①④(多选、少选、错选不给分)(2分)
(3)3Cu + 8H+ + 2NO3— = 3Cu2+ + 2NO↑ + 4H2O(2分)
(4)E中无色气体变为红棕色(2分)
(5)吸收多余的氮氧化物,防止污染空气(2分)
试题分析:本题为探究铜与稀硝酸反应产生的气体主要是NO的实验,明确NO容易被空气中的氧气氧化是解答本题的关键,结合实验的基本操作及氮的氧化物的性质来解答。(1)分析题给装置知,关闭D,若装置的气密性良好,向外抽注射器活塞,装置内气压降低,外界大气压把水压入C装置,C装置中有一段水柱上升;(2)反应开始前,体系中含有空气,其中的氧气能与一氧化氮反应生成二氧化氮,要向体系中通入气体A的目的是赶尽整个装置内的空气,避免对NO的检验造成干扰;A可以是 N2和CO2,选①④;(3)将装置B中的铜丝插入稀硝酸,二者反应生成硝酸铜、一氧化氮和水,反应的离子方程式是:3Cu + 8H+ + 2NO3— = 3Cu2+ + 2NO↑ + 4H2O;(4)反应一段时间后,将F中空气推入E中,NO和空气的氧气反应生成红棕色的NO2,实验现象是:E中无色气体变为红棕色;(5)NO、NO2都有毒,能污染环境,氮的氧化物能被NaOH溶液吸收,装置C的作用是:吸收多余的氮氧化物,防止污染空气。
资料显示:“氨气可在纯氧中安静燃烧,并生成无污染的产物……”。某校化学小组学生设计如图装置(图中铁夹等夹持装置已略去)进行氨气与氧气在不同条件下反应的实验。
(1)用装置A制取纯净、干燥的氨气,大试管内碳酸盐的化学式是________;碱石灰的作用是__________________。
(2)将产生的氨气与过量的氧气通到装置B(催化剂为铂石棉)中,用酒精喷灯加热:氨催化氧化的化学方程式是____________________________________;试管内气体变为红棕色,该反应的化学方程式是_________________________。
(3)将过量的氧气与A产生的氨气分别从a、b两管进气口通入到装置C中,并在b管上端点燃氨气:氨气安静燃烧的化学方程式是___________________。
正确答案
(8分,方程式每条2分,其余每空一分)(1)(NH4)2CO3 吸收CO2和水蒸气
(2)4NH3 + 5O2 4NO + 6H2O ;2NO + O2= 2NO2
(3) 4NH3 + 3O2 2N2 + 6H2O
试题分析:(1)弱酸的铵盐加热分解易生成氨气,所以大试管内碳酸盐的化学式是(NH4)2CO3。碳酸铵在加热的条件下生成氨气和水和二氧化碳,用装置A制取纯净、干燥的氨气,就需要把水和二氧化碳除去,碱石灰的作用是:吸收生成的CO2、H2O,得到干燥的氨气。
(2)在催化剂的作用下,氨气被氧气氧化生成NO和水,则反应的化学方程式是4NH3 + 5O2 4NO + 6H2O。生成的NO极易被氧化生成红棕色的NO2,则该反应的化学方程式是2NO + O2= 2NO2。
(3)将过量的氧气与A产生的氨气分别从a、b两管进气口通入到装置C中,并在b管上端点燃氨气,氨气燃烧生成氮气和水,反应的化学方程式是4NH3 + 3O2 2N2 + 6H2O。
点评:化学是一门以实验为基础的学科,所以有化学实验即科学探究之说法。纵观近几年高考,主要以考察探究性实验和物质制备实验为主。该类试题综合性强,理论和实践的联系紧密,有的还提供一些新的信息,这就要求学生必须认真、细致的审题,联系所学过的知识和技能,进行知识的类比、迁移、重组,全面细致的思考才能得出正确的结论。
某课外活动小组设计了以下实验方案验证Ag与浓HNO3反应的过程中可能产生NO。其实验流程图如下:
⑴测定硝酸的物质的量
反应结束后,从如图B装置中所得100 mL溶液中取出25.00 mL溶液,用0.1 mol·L-1的NaOH溶液滴定,用酚酞作指示剂,滴定前后的滴定管中液面的位置如上图所示。在B容器中生成硝酸的物质的量为____________,则Ag与浓硝酸反应过程中生成的NO2的物质的量为______________。
⑵测定NO的体积
①从上图所示的装置中,你认为应选用________装置进行Ag与浓硝酸反应实验,选用的理由是____________________________________________________________
________________________________________________________________________。
②选用上图所示仪器组合一套可用来测定生成NO体积的装置,其合理的连接顺序是_________________________(填各导管口编号)。
③在测定NO的体积时,若量筒中水的液面比集气瓶的液面要低,此时应将量筒的位置______(选填“下降”或“升高”),以保证量筒中的液面与集气瓶中的液面持平。
⑶气体成分分析
若实验测得NO的体积为112.0 mL(已折算到标准状况),则Ag与浓硝酸反应的过程中________(填“有”或“没有”)NO产生,作此判断的依据是__________________
________________________________________________________________________。
正确答案
(14分)⑴0.008 mol (2分) 0.012 mol (1分)
B装置中发生的反应是3NO2+H2O===2HNO3+NO,用NaOH溶液滴定的是HNO3,则n(HNO3)=4n(NaOH)=4×0.1 mol·L-1×(20.40-0.40)×10-3 L=0.008 mol,则生成NO2的物质的量为:0.008 mol×=0.012 mol。
⑵①A(2分)
因为A装置可以通入N2将装置中的空气排尽,防止NO被空气中O2氧化(2分)
②123547(2分)
③升高 (1分)
⑶有(2分)
因为NO2与水反应生成的NO的体积小于收集到的NO的体积(89.6<112.0)(2分)
略
下图中A~J分别代表相关反应的一种物质。已知A分解得到等物质的量的B、C、D,图中有部分生成物未标出。
请填写以下空白:
(1)A的化学式 。
(2)定出反应①②的化学方程式:
① ,
② 。
(3)写出反应③的离子方程式: 。
(4)J与F反应的化学方程式: 。
(5)在反应④中,当生成标况下2.24 L G时,转移电子数为 mol。
正确答案
(1)NH4HCO3
(2)①2Mg+CO2 2MgO+C
②4NH3+5O24NO+6H2O
(3)NH4++HCO3-+2OH-NH3↑+CO32-+2H2O
(4)C+4HNO3(浓) CO2↑+4NO2↑+2H2O
(5)0.2
A分解得到等物质的量的B、C、D,A可能为NaHCO3或NH4HCO3,B与Mg反应,B应为CO2,C与Na2O2反应生成G,C可能为H2O,D与G在催化剂存在的条件下反应,D应为NH3,则H为NO,I为NO2,J为HNO3,HNO3与F反应又生成B (CO2)、C(H2O)、I(NO2),则F为C(碳)。
某研究性学习小组设计实验方案来研究稀硝酸与铜反应生成NO。
(1)补充完成下列实验步骤:
①__________________________________________;
②打开活塞A,往U型管右侧漏斗中注入稀硝酸,一直注到稀HNO3接触到A处橡皮塞为止;
③关闭活塞A,观察实验现象。
(2)记录描述观察到的实验现象:
可观察到的现象有:U型管左侧铜丝逐渐溶解,有_____色气体产生,溶液呈______色,随着反应不断进行,最后反应自行停止,该过程反应的离子方程式为________________________________。
(3)试管内装有NO,倒置于水槽中,当向试管内通入21mLO2时,最后试管中的液面仍在原来的位置,则原试管中NO的体积为_________mL。
(4)0.1L稀硝酸和稀硫酸的混合液,其物质的量浓度分别为0.1mol/L和0.4mol/L。若向该混合液中加入足量的铜粉,则最多能溶解铜粉的质量_______g。若要使溶液中的Cu2+全部转化为Cu(OH)2沉淀,应加入2 mol·L-1的氢氧化钠溶液 _mL。
正确答案
(1)检查装置气密性(2分)
(2)无 ,蓝 (各1分) 3Cu+8H++2NO3-=3Cu2++2NO↑+4H2O(2分)
(3)12mL(2分)
(4)0.96g(2分)40mL(2分)
试题分析:向装有NO的试管中通入O2,发生如下反应4NO+3O2+2H2O=4HNO3,假设NO的体积为x则消耗的O2为3x/4,4:3=x:3x/4解得x=12;混合酸中加入足量铜粉发生如下反应3Cu+8H++2NO3-=3Cu2++2NO↑+4H2O,溶液中H+的总量为0.09mol、NO3-的物质的量为0.01,假设Cu的物质的量为x,根据方程式则3:2=x:0.01,解得x=0.015,计算铜的质量为0.96g。且消耗的H+的物质的量为0.04mol,当加入氢氧化钠时先中和掉剩余的H+,需要氢氧化钠的量为0.05mol,将Cu2+全部转化为沉淀,需要氢氧化钠的量为0.03mol,则总共为0.08mol,据体积V=n/C,解得V="0.04L."
(12分) 回答下列问题:
(1)工业合成氨的原料是氮气和氢气。氮气是从空气中分离出来的,通常使用的两种分离方法是 和将空气与碳反应后除去CO 2;氢气的来源是用水和碳氢化合物反应并产生CO, 写出采用天然气为原料制取氢气的化学反应方程式 。
(2)设备A中含有电加热器、触煤和热交换器,设备A中发生的化学反应方程式为 ;
(3) 设备B的名称是 ,其中m和n是两个通水口,入水口是 (填“m”或“n”)。
(4)设备C的作用 ;
(5)在原料气制备过程中混有CO对催化剂有毒害作用,欲除去原料气中的CO,可通过如下反应来实现:CO(g)+H2O(g) CO2 (g)+ H2 (g),已知1000K时该反应的平衡常数K=0.627,若要使CO的转化超过90%,则起始物中c(H2O):c(CO)不低于
(计算结果保留三位有效数字)
正确答案
(1)先加压液化再分馏(蒸馏) (2分); CH4+H2OCO+3H2 (2分)
(2) N2(g)+3H2(g)2NH3 (2分)
(3)冷却塔(或冷凝器) (1分) n (1分)
(4)将液氨与未反应的原料气分离(2分)
(5)13.8(2分)
试题分析:(1)分离两种气体的方法是先加压液化再分馏。利用天然气制备氢气则需甲烷和水反应,条件是催化剂。(2)A为反应室,装置提供高温催化剂的反应条件,即为氮气与氢气反应制备氨气的反应。(3)C后接液氨储存,C中需将液氨分离出来,所以B为冷却塔,为加大冷却效率,装置设计了很多回型管道。(4)将液氨与其他物质分离开。(5)设CO、H2O起始浓度为x、ymol/L,则转化的CO的最小值为0.9x。
CO(g)+H2O(g) = CO2(g)+H2(g)
起始 x y 0 0
变化 0.9x 0.9x 0.9x 0.9x
平衡 0.9x y-0.9x 0.9x 0.9x
根据平衡常数列式:(0.9x)2/0.1x(y-0.9x)=0.627解得y/x=13.8。所以只要此值大于13.8,转化率就会超过90%。
点评:此题以合成氨反应为载体综合考查了化学与技术模块的主干知识。
(9分)某校研究性学习小组的同学学习完氮的有关物质的性质之后,对氮元素的氢化物NH3性质的探究。
(1)实验室制取氨气的化学方程式为 。
(2)某同学模仿排饱和食盐水收集氯气的方法,想用排饱和氯化铵溶液的方法收集氨气。你认为他能否达到目的? (填“能”或“否”),理由是 。
(3)该小组的同学设计了如图所示的实验装置(夹持及尾气处理装置未画出),探究氨气的还原性。
①该装置在设计上有一定缺陷。为保证实验结果的准确性,对该装置的改进措施是
。
②利用改进后的装置进行实验,CuO变为红色物质,无水CuSO4变蓝,同时生成一种无污染的气体。氨气与CuO反应的化学方程式为 。
③有同学认为NH3与CuO反应生成的红色物质中可能含Cu2O。Cu2O在酸性溶液中Cu+歧化生成Cu和Cu2+。请设计一个简单的实验检验该红色物质中是否含有Cu2O
。
正确答案
(1)2NH4Cl+Ca(OH)2CaCl2+2NH3↑+2H2O(2分)
(2)否(1分) 氨气极易溶于水、氯化铵对氨气在水中的溶解影响不大(1分)
(3)①在装置A与B之间增加装有碱石灰的干燥管(1分)
②3CuO+2NH33Cu+N2+3H2O(2分)
③取少许样品,加入稀H2SO4,若溶液出现蓝色,说明含有Cu2O,反之则没有(2分)
试题分析:(1)实验室制取氨气的化学方程式为2NH4Cl+Ca(OH)2CaCl2+2NH3↑+2H2O。
(2)由于氨气极易溶于水、氯化铵对氨气在水中的溶解影响不大,所以不能用排饱和氯化铵溶液的方法收集氨气。
(3)①由于生成的氨气中含有水蒸气,从而干扰实验的验证,所以需要在装置A与B之间增加装有碱石灰的干燥管来干燥氨气。
②根据原子守恒可知,没有污染的气体应该是氮气,所以反应的化学方程式是3CuO+2NH33Cu+N2+3H2O。
③根据题意可知,Cu2O在酸性溶液中Cu+歧化生成Cu和Cu2+而使溶液显蓝色,据此可以验证,但该酸不能是氧化性酸,所以可以用盐酸或稀硫酸。因此正确的操作是:取少许样品,加入稀H2SO4,若溶液出现蓝色,说明含有Cu2O,反之则没有。
点评:化学是一门以实验为基础的学科,所以有化学实验即科学探究之说法。这些探究性和制备性实验的试题,综合性强,理论和实践的联系紧密,有的还提供一些新的信息,这就要求学生必须认真、细致的审题,联系所学过的知识和技能,进行知识的类比、迁移、重组,全面细致的思考才能得出正确的结论。
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