题目内容

20．氨基甲酸铵（NH2COONH4）是一种白色固体，易分解、易水解，可用做肥料、灭火剂、洗涤剂等．某化学兴趣小组用模拟制备氨基甲酸铵，反应的化学方程式如下：
2NH3（g）+CO2（g）?NH2COONH4（s）△H＜0
（1）制备氨基甲酸铵的装置如图1所示，把氨气和二氧化碳通入四氯化碳中，不断搅拌混合，生成的氨基甲酸铵小晶体悬浮在四氯化碳中． 当悬浮物较多时，停止制备．
注：四氯化碳与液体石蜡均为惰性介质．
①发生器用冰水冷却的原因是降低温度，提高反应物转化率（或降低温度，防止因反应放热造成产物分解）．液体石蜡鼓泡瓶的作用是通过观察气泡，调节NH3与CO2通入比例．
②从反应后的混合物中分离出产品的实验方法是过滤（填写操作名称）．
③尾气处理装置如图2所示．双通玻璃管的作用：防止倒吸；浓硫酸的作用：吸收多余氨气、防止空气中水蒸气进入反应器使氨基甲酸铵水解．
（2）取因部分变质而混有碳酸氢铵的氨基甲酸铵样品0.782 0g，用足量石灰水充分处理后，使碳元素完全转化为碳酸钙，过滤、洗涤、干燥，测得质量为1.000g．则样品中氨基甲酸铵的物质的量分数为0.8000 或 80.00%．

分析 本题是利用氨气和二氧化碳在四氯化碳有机溶剂里通过加热制得氨基甲酸铵的制备实验方案的设计，题中涉及到氨气的实验室制备、反应器温度的控制、二氧化碳气流的控制以及反应混合物的分离与提纯，以及产品纯度分析．
（1）①此反应是可逆反应，正反应是放热反应，结合平衡移动理论，为提高反应物的转化率，需降温促平衡正向进行，另外也要考虑产物的不稳定性，降温可避免产物分解；液体石蜡鼓泡瓶的主要作用是控制反应进行程度，控制气体流速和原料气体的配比；
②分离互不相溶的固体与液态应采取过滤方法；
③依据反应过程中的产物分析，不能把污染性的气体排放到空气中，吸收易溶于水的气体需要放倒吸；
（2）碳酸氢铵的氨基甲酸铵样品中，使碳元素完全转化为碳酸钙，依据碳元素守恒和混合物质量计算物质的质量分数．

解答 解：（1）①反应2NH3（g）+CO2（g）?NH2COONH4（s）△H＜0是放热反应，降温平衡正向进行，温度升高；发生器用冰水冷却提高反应物质转化率，防止生成物温度过高分解，液体石蜡鼓泡瓶的作用是控制反应进行程度，控制气体流速和原料气体的配比，
故答案为：降低温度，提高反应物转化率（或降低温度，防止因反应放热造成产物分解）；通过观察气泡，调节NH3与CO2通入比例；
②生成的氨基甲酸铵小晶体悬浮在四氯化碳中，分离互不相溶的固体与液态应采取过滤方法，
故答案为：过滤；   
③双通玻璃管的作用是防止液体倒吸；浓硫酸起到吸收多余的氨气，同时防止空气中水蒸气进入反应器使氨基甲酸铵水解，
故答案为：防止倒吸；吸收多余氨气、防止空气中水蒸气进入反应器使氨基甲酸铵水解；
（2）取因部分变质而混有碳酸氢铵的氨基甲酸铵样品0.782g，用足量石灰水充分处理后，使碳元素完全转化为碳酸钙，过滤、洗涤、干燥，测得质量为1.000g．物质的量为$\frac{1.000g}{100g/mol}$=0.01mol，设样品中氨基甲酸铵物质的量为x，碳酸氢铵物质的量为y，由碳元素守恒可知，
x+y=0.01    78x+79y=0.782
解得x=0.008mol    y=0.002mol
则样品中氨基甲酸铵的质量分数=$\frac{0.008mol×78g/mol}{0.782g}$×100%≈80%，
故答案为：80%．

点评 本题考查了物质制备实验的设计应用，主要是氨气的制备方法，氨基甲酸的制备实验装置分析判断，实验基本操作，混合物分离的实验设计，有关混合物的计算，题目难度中等．

练习册系列答案
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6．下列叙述正确的是 （　　）
A．H+的摩尔质量是1gB．H+的摩尔质量是1g/mol
C．H+的摩尔质量是1D．H+的摩尔质量是1mol
7．氢气、一氧化碳、烷烃均是常见的燃料．请回答下列问题：
（1）将1g H2和32g O2混合点燃，充分反应生成液态水时放出143kJ热量，相同条件下3mol H2和32g O2混合充分燃烧生成液态水时放出的热量是572KJ．
（2）一定条件下，充分燃烧一定量的丁烷生成二氧化碳和气态水时放出热量Q kJ（Q＞0）．经测定完全吸收该反应生成CO2需消耗5mol•L-1的KOH溶液200mL，此时恰好生成正盐．则此条件下反应C4H10（g）+$\frac{13}{2}$O2═4CO2（g）+5H2O（g）的△H=-8QkJ/mol．
（3）现有CO、H2和CO2组成的混合气体112L（标准状况下），完全燃烧后放出的总能量为424.5kJ，且生成18g液态水，则混合气体中H2的体积为22.4L．
（4）在一定条件下，氢气、丙烷燃烧的热化学方程式：
2H2（g）+O2（g）═2H2O（l）△H=-572kJ•mol-1
C3H8（g）+5O2（g）═3CO2（g）+4H2O（l）△H=-2220kJ•mol-1
氢气和丙烷的混合气体4mol完全燃烧时放出热量3078kJ，则氢气和丙烷的体积比为3：1．
8．新化一中化学奥赛小组在Fe（OH）3胶体的制备实验中，有甲、乙、丙三名同学分别进行了如下操作：
甲同学：向1mol•L-1的FeCl3溶液中加少量NaOH溶液．
乙同学：直接加热饱和FeCl3溶液．
丙同学：向25mL沸水中逐滴加入5～6滴FeCl3饱和溶液；继续煮沸至溶液呈红褐色，停止加热．
试回答下列问题：
（1）其中操作正确的同学是丙同学．
（2）证明有Fe（OH）3胶体生成的实验操作是用激光笔照射溶液，若出现明显的光路，则说明有Fe（OH）3胶体生成写出制得Fe（OH）3胶体的化学方程式FeCl3+3H2O（沸水）?Fe（OH）3（胶体）+3HCl．
（3）在胶体中加入电解质溶液或带有相反电荷的胶体微粒能使胶体微粒沉淀出来．丁同学利用所制得的Fe（OH）3胶体进行实验：①将其装入U形管内，用石墨作电极，通电一段时间后发现阴极区附近的颜色逐渐变深，这表明Fe（OH）3胶体微粒带正（填“正”或“负”）电荷．②向其中加入饱和Na2SO4溶液，产生的现象是有红褐色沉淀生成．
15．明矾石的主要成分是K2SO4•Al2（SO4）3•2Al2O3•6H2O，此外还含有少量Fe2O3杂质．利用明矾石来制备Al2O3、K2FeO4和H2SO4的工艺流程如下：
请回答下列问题：
（1）“焙烧”过程中反应的化学方程式为2Al2（SO4）3+3S=2Al2O3+9SO2，该反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比是2：1．若生成102g Al2O3，转移的电子数目为6NA．
（2）写出化学式：沉淀Ⅰ是Al（OH）3，沉淀Ⅱ是Fe（OH）3．
（3）熟料溶解时反应的离子方程式为Al2O3+2OH-=2AlO2-+H2O．
（4）溶液经加硫酸调节pH后，过滤、洗涤，可得沉淀Ⅰ，证明沉淀Ⅰ已洗涤干净的实验操作和现象是取最后一次洗涤液于试管中，滴加BaCl2溶液，若无白色沉淀生成，则已将沉淀洗干净．
（5）写出Cl2将沉淀Ⅱ氧化为K2FeO4的化学方程式：2Fe（OH）3+3Cl2+10KOH═2K2FeO4+6KCl+8H2O．
（6）“焙烧”过程中生成的SO2可用于制H2SO4．已知25℃，101kPa时：
2SO2（g）+O2（g）?2SO3 （g）△H1=-197.0kJ•mol-1
H2O（g）=H2O（l）△H2=-44.0kJ•mol-1
2SO2（g）+O2（g）+2H2O（g）=2H2SO4 （l）△H3=-545kJ•mol-1
则SO3 （g）和H2O（l）反应的热化学方程式为SO3（g）+H2O（l）=H2SO4（l）△H=-130KJ/mol．
（7）本工艺流程中可循环物质为H2SO4．
5．实验室制备1，2-二溴乙烷的反应原理如下：
①CH3CH2OH②$→_{170℃}^{浓H_{2}SO_{4}}$CH2=CH2↑+H2O
②CH2=CH2+Br2→BrCH2CH2Br
可能存在的主要副反应有：乙醇在浓硫酸的存在下在140℃脱水生成乙醚．用16.0g的溴和足量的乙醇制备1，2-二溴乙烷，实验结束后得到9.4g产品．实验装置如图所示：有关数据列表如下：
乙醇1，2-二溴乙烷乙醚
状态无色液体无色液体无色液体
密度/g•cm-30.792.20.71
沸点/0C78.513234.6
熔点/0C-1309-116
溶解性易溶水难溶水微溶于水
请回答下列问题：
（1）在此制备实验中，要尽可能迅速地把反应温度提高到170℃左右，其主要目的是d；（填正确选项前的字母）
a、引发反应b、加快反应速度c、防止乙醇挥发d、减少副产物乙醚生成
（2）在装置C中应加入c，其目的是吸收反应中可能生成的酸性气体；（填正确选项前的字母）
a、水b、浓硫酸c、氢氧化钠溶液d、酸性KMnO4溶液
（3）判断该制备反应已经结束的最简单的方法是溴的颜色完全褪去．
（4）将1，2-二溴乙烷粗产品置于分液漏斗中加水，振荡后静置，产物应在下层（填“上”或“下”）；
（5）在装置B中较长玻璃导管的作用是防止倒吸、判断装置是否堵塞；
（6）反应过程中应用冷水冷却装置D，其主要目的是乙烯与溴反应时放热，冷却可避免溴的大量挥发，但又不能过度冷却（如用冰水），其原因是1，2-二溴乙烷的凝固点较低（9℃），过度冷却会使其凝固而使气路堵塞；
（7）本实验中，1，2-二溴乙烷的产率为50%．
12．羟基磷灰石[Ca5（PO4）3OH]是一种重要的生物无机材料．其常用的制备方法有两种：
方法A：用浓氨水分别调Ca（NO3）2和（NH4）2HPO4溶液的pH约为12；在剧烈搅拌下，将（NH4）2HPO4溶液缓慢滴入Ca（NO3）2溶液中．
方法B：剧烈搅拌下，将H3PO4溶液缓慢滴加到Ca（OH）2悬浊液中．
3种钙盐的溶解度随溶液pH的变化如上图所示（图中纵坐标是钙离子浓度的对数），回答下列问题：
（1）完成方法A和方法B中制备Ca5（PO4）3OH的化学反应方程式：
①5Ca（NO3）2+3（NH4）2HPO4+4NH3•H2O=Ca5（PO4）3OH↓+10NH4NO3+3H2O
②5Ca（OH）2+3H3PO4=Ca5（PO4）3OH↓+9H2O
（2）与方法A相比，方法B的优点是唯一副产物为水，工艺简单．
（3）方法B中，如果H3PO4溶液滴加过快，制得的产物不纯，其原因是反应液局部酸性过大，会有CaHPO4产生．
（4）图中所示3种钙盐在人体中最稳定的存在形式是Ca5（PO4）3OH（填化学式）．
（5）糖沾附在牙齿上，在酶的作用下产生酸性物质，易造成龋齿．结合化学平衡移动原理，分析其原因酸性物质使沉淀溶解平衡：Ca5（PO4）3OH（s）?5Ca2+（aq）+3PO43-（aq）+OH-（aq）向右移动，导致Ca5（PO4）3OH溶解，造成龋齿．
9．Ⅰ．下列实验操作正确的是C、E．
A．乙烷中混有乙烯，通过氢气在一定条件下反应，使乙烯转化为乙烷
B．在催化剂存在的条件下，苯和溴水发生反应可生成无色比水重的液体溴苯
C．将铜丝弯成螺旋状，在酒精灯上加热变黑后，立即伸入盛有无水乙醇的试管中，完成乙醇氧化为乙醛的实验
D．无水乙醇和浓硫酸共热到170℃，将制得的气体通入酸性高锰酸钾，可检验制得的气体是否为乙烯
E．配制银氨溶液时，将稀氨水慢慢滴入硝酸银溶液中，产生沉淀后继续滴加到沉淀刚好溶解为止
Ⅱ．实验室用少量的溴和足量的乙醇、浓硫酸制备1，2-二溴乙烷的装置如下图所示，其中可能存在的主要副反应有：乙醇在浓硫酸的存在下在l40℃脱水生成乙醚．
有关数据列表如下：
乙醇1，2-二溴乙烷乙醚
状态  无色液体无色液体无色液体
密度/g•cm-30.792.20.71
沸点/℃78.513234.6
熔点/℃-1309-116
回答下列问题：
（1）用少量的溴和足量的乙醇、浓硫酸制备1，2-二溴乙烷的两步反应方程式为：CH3CH2OH $→_{170℃}^{浓硫酸}$CH2=CH2↑+H2O、CH2═CH2+Br2→CH2BrCH2Br
（2）在此实验中，要尽可能迅速地把反应温度提高到170℃左右，其最主要目的是d；（填正确选项的字母）
a．引发反应   b．加快反应速度   c．防止乙醇挥发  d．减少副产物乙醚生成
（3）在装置C中应加入c，其目的是吸收反应中可能生成的酸性气体：（填正确选项的字母）
a．水    b．浓硫酸       c．氢氧化钠溶液       d．饱和碳酸氢钠溶液
（4）将1，2-二溴乙烷粗产品置于分液漏斗中加水，振荡后静置，产物应在下层（填“上”、“下”）；
（5）若产物中有少量未反应的Br2，最好用b洗涤除去；（填正确选项的字母）
a．水    b．氢氧化钠溶液    c．碘化钠溶液    d．乙醇
（6）若产物中有少量副产物乙醚．可用蒸馏的方法除去；
（7）反应过程中应用冷水冷却装置D，其主要目的是避免溴大量挥发；但又不能过度冷却（如用冰
水），其原因是产品1，2-二溴乙烷的熔点（凝固点）低，过度冷却会凝固而堵塞导管．
10．工业废水中常含有一定量的Cr2O72-和CrO42-，它们会对人类及生态系统产生很大损害，必须进行处理．常用的处理方法有两种．
方法1：还原沉淀法；该法的工艺流程：

（1）第①步存在平衡，其反应方程式为：2CrO42-（黄色）+2H+?Cr2O72-（橙色）+H2O，若平衡体系的pH=12，该溶液显黄色．
（2）能说明第①步反应达平衡状态的是C．
a．Cr2O72-和CrO42-的浓度相同　　 b.2v（Cr2O72-）=v（CrO42-）　 c．溶液的颜色不变
（3）第②步中，还原1molCr2O72-离子，需要6mol的FeSO4•7H2O
（4）第③步生成的Cr（OH）3在溶液中存在以下沉淀溶解平衡：Cr（OH）3（s）?Cr3+（aq）+3OH-（aq）；Ksp的表达式为Ksp=c（Cr3+）•c3（OH-）．常温下，Cr（OH）3的溶度积Ksp=10-32，要使c（Cr3+）沉淀完全，溶液的pH应调至5．
方法2：电解法
该法用Fe和石墨棒做电极电解含Cr2O72-的酸性废水，随着电解进行，在阴极附近溶液pH升高，产生Cr（OH）3沉淀．
（5）Fe电极的电极反应式Fe-2e-=Fe2+．石墨电极的电极反应式2H++2e-═H2↑．

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