题目内容
实验室可以通过以下三条途径按不同要求制取氮气：
①加热NaNO2（一种致癌物质，有毒）与NH4Cl的混合物浓溶液制取N2；
②将空气通过灼热的活性铜粉制得较纯净的N2；
③加热条件下用NH3还原CuO得纯净的N2和活性铜粉．
如图所示，给出了按上述途径制取N2可供选择的几种实验装置：
请回答下列问题：
（1）按途径①制取N2时，应选用上述装置中的
（2）若只需较纯净的N2，有同学建议把②和③两条途径协同使用，这样做的好处是
（3）按途径③制取N2时，若气流从左到右的顺序所需的上述装置是：A→C→B→D．在A装置中所需要的试剂是
①甲同学：为通过实验现象验证C处有水产生，必须在C装置前后都连接E装置，其中填充的固体药品按前后顺序分别为
②乙同学：实验过程中，发现黑色固体完全变红，质疑此时红色固体可能含Cu2O．通过查阅资料知：Cu2O+2H+=Cu2++Cu+H2O．依据信息，请设计实验证明C处的红色固体中是否含有Cu2O：
③丙同学：实验时充分加热，至C装置硬质玻管质量不再减轻为止．实验完毕后，若实验测得收集的N2体积为aL（已折算为标准状况），硬质玻管质量减轻了bg．则氨分子中氮、氢的原子个数比为（用含a、b的字母的代数式表示）
（此空记3分）．
（4）目前工业上用氮气和氢气直接合成氨，氨经一系列反应可制得硝酸．在以上各步反应中，按要求完成化学反应方程式：
①氮元素只发生还原反应
②氮元素既发生氧化反应又发生还原反应：
①加热NaNO2（一种致癌物质，有毒）与NH4Cl的混合物浓溶液制取N2；
②将空气通过灼热的活性铜粉制得较纯净的N2；
③加热条件下用NH3还原CuO得纯净的N2和活性铜粉．
如图所示，给出了按上述途径制取N2可供选择的几种实验装置：
请回答下列问题：
（1）按途径①制取N2时，应选用上述装置中的
F
F
（填装置代码）做发生装置．（2）若只需较纯净的N2，有同学建议把②和③两条途径协同使用，这样做的好处是
铜和氧化铜可循环使用，节省试剂（或避免使用有毒物质而造成污染）
铜和氧化铜可循环使用，节省试剂（或避免使用有毒物质而造成污染）
．（3）按途径③制取N2时，若气流从左到右的顺序所需的上述装置是：A→C→B→D．在A装置中所需要的试剂是
浓氨水
浓氨水
和生石灰
生石灰
．（写试剂名称）①甲同学：为通过实验现象验证C处有水产生，必须在C装置前后都连接E装置，其中填充的固体药品按前后顺序分别为
碱石灰（或无水氯化钙）
碱石灰（或无水氯化钙）
、无水硫酸铜
无水硫酸铜
．（写试剂名称）②乙同学：实验过程中，发现黑色固体完全变红，质疑此时红色固体可能含Cu2O．通过查阅资料知：Cu2O+2H+=Cu2++Cu+H2O．依据信息，请设计实验证明C处的红色固体中是否含有Cu2O：
取样加入稀硫酸后溶液呈蓝色，即证明含Cu2O
取样加入稀硫酸后溶液呈蓝色，即证明含Cu2O
③丙同学：实验时充分加热，至C装置硬质玻管质量不再减轻为止．实验完毕后，若实验测得收集的N2体积为aL（已折算为标准状况），硬质玻管质量减轻了bg．则氨分子中氮、氢的原子个数比为（用含a、b的字母的代数式表示）
| 16a |
| 22.4b |
| 16a |
| 22.4b |
（4）目前工业上用氮气和氢气直接合成氨，氨经一系列反应可制得硝酸．在以上各步反应中，按要求完成化学反应方程式：
①氮元素只发生还原反应
N2+3H2
2NH3
| 高温高压 |
| 催化剂 |
N2+3H2
2NH3
、| 高温高压 |
| 催化剂 |
②氮元素既发生氧化反应又发生还原反应：
3NO2+H2O=2HNO3+NO
3NO2+H2O=2HNO3+NO
．分析：（1）根据反应物状态和反应条件选择发生装置；
（2）根据绿色化学的定义结合反应的原理分析优点；
（3）浓氨水逐滴加到生石灰中可以放出氨气；
①根据2NH3+3CuO
N2+3Cu+3H2O的反应物和生成物性质解答；
②根据Cu2O+H2SO4（稀）=Cu+CuSO4+H2O进行解答；
③根据2NH3+3CuO
N2+3Cu+3H2O，体积为aLN2中的氮原子来自于氨气中的氮，硬质玻管质量减轻了bg，为氧化铜中氧元素的质量，据此解答；
（4）根据N2+3H2
2NH3，4NH3+5O2
4NO+6H2O，2NO+O2
2NO2，3NO2+H2O=2HNO3+NO解答；
（2）根据绿色化学的定义结合反应的原理分析优点；
（3）浓氨水逐滴加到生石灰中可以放出氨气；
①根据2NH3+3CuO
| ||
②根据Cu2O+H2SO4（稀）=Cu+CuSO4+H2O进行解答；
③根据2NH3+3CuO
| ||
（4）根据N2+3H2
| 高温高压 |
| 催化剂 |
| ||
| △ |
| ||
解答：解：（1）根据信息反应物是亚硝酸钠（NaNO2）和氯化铵的混合物浓溶液，NaNO2+NH4Cl
NaCl+N2↑+2H2O，需圆底烧瓶作反应容器，需加热，E装置适合，
故答案为：E；
（2）从题中信息可知，NH3和CuO生成Cu和N2 而空气和Cu生成CuO，故Cu和CuO可以循环使用，方法一使用有毒的亚硝酸钠，方法二和三避免使用有毒物质而造成污染，因此联合使用方法二和方法三的优点有：铜和氧化铜可循环使用，节省试剂（或避免使用有毒物质而造成污染），
故答案为：铜和氧化铜可循环使用，节省试剂（或避免使用有毒物质而造成污染）；
（3）加热条件下用NH3还原CuO得纯净的N2和活性铜粉，制取N2时，若气流从左到右的顺序所需的上述装置是：A为制取氨气的装置，该装置的特点是固体和液体反应不用加热制取气体，浓氨水逐滴加到生石灰中可以放出氨气，在A装置中所需要的试剂是浓氨水和生石灰，故答案为：浓氨水；生石灰；
①2NH3+3CuO
N2+3Cu+3H2O，为通过实验现象验证C处有水产生，先须干燥氨气，干燥氨气用碱石灰，验证产物水用无水硫酸铜，
故答案为：碱石灰（或无水氯化钙）；无水硫酸铜；
②Cu2O+H2SO4（稀）=Cu+CuSO4+H2O红色固体与酸反应，如果溶液变蓝说明有氧化亚铜存在，
故答案为：取样加入稀硫酸后溶液呈蓝色，即证明含Cu2O；
③体积为aLN2中的氮原子来自于氨气中的氮，氮原子的物质的量为
×2，硬质玻管质量减轻了bg，为氧化铜中氧元素的物质的量
，水中氢原子个数是氧原子个数的两倍，因此氢原子个数为
×2，因此氨分子中氮、氢的原子个数比为
，
故答案为：
；
（4）工业上用氢气和氮气合成氨气N2+3H2
2NH3，氮元素从氮气中的零价变为产物中NH3的-3价被还原，氨气催化氧化生成一氧化氮和水4NH3+5O2
4NO+6H2O该反应中氮元素从NH3的-3价被氧化成NO中+2价的氮，2NO+O2
2NO2，该反应中NO中+2价的氮被氧化成+4价氮的NO2，3NO2+H2O=2HNO3+NO，该反应中氮元素从+4变为+5价和+2价既被氧化又被还原，
故答案为：N2+3H2
2NH3；3NO2+H2O=2HNO3+NO．
| ||
故答案为：E；
（2）从题中信息可知，NH3和CuO生成Cu和N2 而空气和Cu生成CuO，故Cu和CuO可以循环使用，方法一使用有毒的亚硝酸钠，方法二和三避免使用有毒物质而造成污染，因此联合使用方法二和方法三的优点有：铜和氧化铜可循环使用，节省试剂（或避免使用有毒物质而造成污染），
故答案为：铜和氧化铜可循环使用，节省试剂（或避免使用有毒物质而造成污染）；
（3）加热条件下用NH3还原CuO得纯净的N2和活性铜粉，制取N2时，若气流从左到右的顺序所需的上述装置是：A为制取氨气的装置，该装置的特点是固体和液体反应不用加热制取气体，浓氨水逐滴加到生石灰中可以放出氨气，在A装置中所需要的试剂是浓氨水和生石灰，故答案为：浓氨水；生石灰；
①2NH3+3CuO
| ||
故答案为：碱石灰（或无水氯化钙）；无水硫酸铜；
②Cu2O+H2SO4（稀）=Cu+CuSO4+H2O红色固体与酸反应，如果溶液变蓝说明有氧化亚铜存在，
故答案为：取样加入稀硫酸后溶液呈蓝色，即证明含Cu2O；
③体积为aLN2中的氮原子来自于氨气中的氮，氮原子的物质的量为
| aL |
| 22.4L/mol |
| bg |
| 16g/mol |
| bg |
| 16g/mol |
| 16a |
| 22.4b |
故答案为：
| 16a |
| 22.4b |
（4）工业上用氢气和氮气合成氨气N2+3H2
| 高温高压 |
| 催化剂 |
| ||
| △ |
| ||
故答案为：N2+3H2
| 高温高压 |
| 催化剂 |
点评：本题是一道关于三条途径按不同要求制取氮气的综合性实验题，从题干信息中找突破口，根据信息将学过的知识进行迁移是解答本题的关键，题目难度中等．
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