（10分）N₂在诸多领域用途广泛。某化学兴趣小组为探究在实验室制备较为纯净N₂的方法，进行了认真的准备。请你参与交流与讨论。

【查阅资料】 N₂的制法有下列三种方案：

方案1：加热NaNO₂和NH₄Cl的浓溶液制得N₂。

方案2：加热条件下，以NH₃还原CuO可制得N₂，同时获得活性铜粉。

方案3：将空气缓缓通过灼热的铜粉获得较纯的N₂。

【实验准备】以实验室常见仪器（药品）等设计的部分装置如下图（有的夹持和加热仪器未画出）。

【分析交流】

⑴若以方案1制得N₂，应选择的发生装置是                                。

⑵若按方案2制得干燥、纯净的N₂，且需要的NH₃以生石灰和浓氨水作原料，整套制气装置按气流从左到右的顺序连接的顺序是（填写序号，下同）                 。获得N₂的反应原理是（写反应方程式）                                       。

⑶若以排水法收集N₂，其中会混入水蒸气。但也不宜用排空气法，其原因是                          。你提出的收集方法是                           。

⑷上述三个方案中，制得的N₂纯度最差的是                               。在N₂纯度要求不甚严格的情况下，有人建议将方案2和方案3结合使用，你认为其优点是                                                                         。

【查阅资料】

①铁的常见氧化物

②草酸(乙二酸H₂C₂O₄)在浓硫酸存在下受热分解的化学方程式为H₂C₂O₄CO₂↑+ CO↑+H₂O

【实验准备】

①实验的装置图如下

②药品

a.草酸          b.工业铁红        c.NaOH溶液         d.澄清石灰水          e.浓硫酸           f.盐酸

【实验及数据】

取不同质量的样品进行实验，所得实验数据如下：

【讨论与分析】

(1)兴趣小组的同学拟以纯净的CO还原铁的氧化物，所设计的实验装置中D、E、F应分别盛放的试剂为____________、____________、___________(填写序号)，其作用依次是____________、____________、_____________。上述装置还有不完善之处，你建议改进的措施是________________________。

(2)由实验数据不难得出，有一组实验数据不可靠，该组数据是____________(填序号)，该工业铁红所含杂质的化学式为________________________。

 非金属知识规律总结

【高考导航】

一、非金属元素在周期表中的位置和结构特点

1、除H外，非金属元素均在“阶梯线”的右上方。共有16种非金属元素，其中包括稀有气体元素6种。

2、非金属元素(包括稀有元素)均在主族(零族)。非金属元素一般都有变价。

3、最外层电子数一般≥4(H、B除外)。

4、原子半径比同周期金属半径小(稀有元素除外)。

二、非金属性强弱的判断依据

    元素非金属性的本质是元素的原子吸引电子的能力。试题常通过以下几个方面来比较元素的非金属性：

1、单质跟H₂化合难易程度（反应条件，剧烈程度，反应热的大小，生成气态氢化物的稳定性）。

2、最高价氧化物对应水化物的酸性。

3、化合物中元素化合价的正负，如BrCl中，Cl为-1价，Br为+1价，说明非金属性Cl＞Br。

4、通过氧化还原反应确定非金属单质的氧化能力，进而比较非金属性。

    需要指出的是，非金属单质的活动性与非金属元素的活动性，有密切的联系，但不是一回事。例如氮元素的非金属性相当强，可是它的单质N₂化学性质却不很活泼。单质的化学性质不仅取决于原子结构，而且取决于分子结构和晶体结构。

三、非金属元素的性质及递变规律

1、单质:

(1)结构:除稀有气体外，非金属原子间以共价键结合。非金属单质的成键有明显的规律性。若它处在第N族，每个原子可提供8－N个价电子去和8－N个同种原子形成8－N个共价单键，可简称8－N规则；(H遵循2－N规则)。如ⅦA族单质:x－x；H的共价数为1，H－H，第ⅥA族的S、Se、Te共价单键数为8－6＝2,第ⅤA族的P、As共价单键数8－5＝3。但第二周期的非金属单质中N₂、O₂形成多键。

(2)熔沸点与聚集态。它们可以分为三类：

①小分子物质。如:H₂、O₂、N₂、Cl₂等，通常为气体，固体为分子晶体。

②多原子分子物质。如P₄、S₈、As₄等，通常为液态或固态。均为分子晶体，但熔、沸点因范德华力较大而比①高，Br₂、I₂也属此类，一般易挥发或升华。

③原子晶体类单质。如金刚石、晶体硅和硼等，是非金属单质中高熔点“三角区”，通常为难挥发的固体。

(3)导电性:非金属一般属于非导体，金属是良导体，而锗、硅、砷、硒等属于半导体。但半导体与导体不同之处是导电率随温度升高而增大。

(4)化学活性及反应:

    ③非金属一般为成酸元素，难以与稀酸反应。 固体非金属能被氧化性酸氧化。

2、氢化物：

(1)气态氢化物性质比较

(2)由于氢键的存在，使得第ⅤA、ⅥA、ⅦA氢化物的熔沸点出现了反常。第ⅤA中：SbH₃＞NH₃＞AsH₃＞PH₃；第ⅥA中： H₂O＞H₂Te＞H₂Se＞H₂S；第ⅦA中HF＞HI＞HBr＞HCl。

(3)气态氢化物水溶液的酸碱性及与水作用的情况。①HCl、HBr、HI溶于水成酸且都是强酸。②HF、H₂S、H₂Se、H₂Te溶于水成酸且都是弱酸。③NH₃溶于水成碱，氨水是弱碱。④PH₃、AsH₃、CH₄与水不反应。⑤SiH₄、B₂H₆与水作用时分解并放出H₂。

3、非金属氧化物的通性：

(1)许多非金属低价氧化物有毒，如SO₂、NO、NO₂、CO等，注意不能随便排放于大气中。

(2)非金属氧化物（除SiO₂外)大都是分子晶体，熔沸点相差不大。

(3)非金属氧化物大都为酸酐，相应的酸易溶于水，则氧化物易与水化合，反之水化反应难以进行。

(4)不成盐氧化物（如CO、NO）不溶于水，也不与碱反应。虽然NO₂能与碱反应生成盐，但NO₂不属于酸酐。

4、含氧酸

(1)同周期非金属元素最高价含氧酸从左到右酸性增强。

(2)氧化性:同种元素低价强于高价含氧酸.

如:HClO＞HClO₃＞HClO₄(稀)

   H₂SO₃＞H₂SO₄(稀)

   HNO₂＞HNO₃(稀)

(3)对于同种非金属形成的不同含氧酸，价态越高，酸性越强。其顺序如：HClO₄＞HClO₃＞HClO₂＞HClO，H₂SO₄＞H₂SO₃。

(4)难挥发的H₂SO₄、H₃PO₄受热难分解；强氧化性的HNO₃、HNO₂、HClO见光或受热易分解；非氧化性的H₂CO₃、H₂SO₃易分解。强酸可制弱酸，难挥发性酸制挥发性酸。

(5)常见含氧酸的一般性质：

①H₂SO₄：无色粘稠的油状液体，强酸，沸点高，不挥发，稳定。浓硫酸有吸水性、脱水性和强氧化性。

②H₂SO₃：仅存在于溶液中，中强酸，不稳定。

③HClO₄：在水溶液中相当稳定，最强无机酸，有强氧化性。

④HClO：仅存在于溶液中，是一种弱酸，有强氧化性和漂白性，极不稳定，遇光分解。⑤HNO₃：无色液体，强酸，沸点低，易挥发，不稳定，易分解，有强氧化性。

⑥H₃PO₄：无色晶体，中强酸，难挥发，有吸水性，稳定，属于非氧化性酸。

⑦H₂CO₃：仅存在于溶液中，弱酸，不稳定。

⑧H₂SiO₃：白色固体，不溶于水，弱酸，不挥发，加热时可分解。

⑨常见酸的酸性强弱。强酸：HCl、HNO₃、H₂SO₄；中强酸：H₂SO₃＞H₃PO₄(H₃PO₄中强偏弱）；弱酸：HF＞CH₃COOH＞H₂CO₃＞H₂S＞HClO＞H₂SiO₃。

四、11种无机化学气体的制取和性质(O₂、H₂、Cl₂、CO、NO、SO₂、NO₂、CO₂、H₂S、HCl、NH₃)。

(1)利用氧化还原反应原理制取的气体有：O₂、H₂、Cl₂、NO、NO₂等。

(2)利用复分解制取的气体有：SO₂、CO₂、H₂S、HCl、NH₃等。

(3)可用启普发生器制取的气体有：H₂、CO₂、H₂S等。

(4)只能用排气法收集的是：Cl₂、SO₂、NO₂、CO₂、H₂S、HCl、NH₃等。只能用排水法收集的气体是：NO、CO。

(5)使红色石蕊变蓝的气体是NH₃；使石灰水变浑浊的气体是SO₂和CO₂；使品红溶液褪色的气体是SO₂和Cl₂；使高锰酸钾溶液和溴水褪色的气体有H₂S和SO₂。

(6)臭鸡蛋气味的气体是H₂S；刺激性气味的气体有：Cl₂、SO₂、NO₂、HCl、NH₃等；毒性气体有：Cl₂、CO、NO、SO₂、NO₂、H₂S等。

(7)能在空气中燃烧的气体：H₂S、CO、H₂等

【提出猜想】同学们对溶液中Fe³⁺和之间的反应进行了猜想，提出了如下观点：

Ⅰ、认为发生相互促进的水解反应，其离子反应方程式为：

2Fe³⁺+3+6H₂O2Fe(OH)₃(胶体)+3H₂SO₃

Ⅱ、认为发生氧化还原反应，其离子反应方程式为：

2Fe³⁺++H₂O2Fe²⁺+2H⁺+

【实验验证】为验证“猜想”，同学们实验如下：

(1)取一定量的Na₂SO₃固体配成Na₂SO₃浓溶液。

(2)取5 mL FeCl₃浓溶液于试管中，逐滴加入Na₂SO₃浓溶液，溶液颜色先由黄色变为红棕色，但无气泡产生，无沉淀生成；继续加入Na₂SO₃浓溶液至过量，溶液颜色加深，最终变成红褐色溶液。

(3)换用稀释的FeCl₃和Na₂SO₃溶液重复上述实验，产生的现象完全相同。

(4)为判断红褐色溶液中含有Fe(OH)₃从而证明猜想Ⅰ正确。①部分同学认为只要证明该体系为胶体即可，因此通过_____________现象设计实验方案，证明了其为Fe(OH)₃胶体；

②部分同学从反证法的角度考虑，认为只要证明红褐色溶液中仍然有+3价的铁，可说明Fe³⁺没有被还原为Fe²⁺则猜想Ⅱ不正确，设计方案为，观察到，从而说明红褐色溶液中含有+3价的铁。

(5)另有部分同学认为只要证明红褐色溶液中含有可判断猜想Ⅱ正确，因此设计方案为_____________，观察到有白色沉淀生成_____________。

【解释结论】综合(4)(5)考虑，Fe³⁺与的反应类型为_____________。

【实验反思】某学同认为(5)中来源不一定是被Fe³⁺氧化得到的，因此不能推断猜想Ⅱ正确。你是否赞成该同学的观点_____________(填“是”或“否”)。如果赞成，你对实验改进的建议_____________(如果不赞成，该问不必作答)。

【拓展探究】鉴于Na₂CO₃在组成上与Na₂SO₃相似，某同学在FeCl₃溶液中加入Na₂CO₃溶液，马上观察到红褐色沉淀并且产生无色气体，该反应的离子方程式是_____________；同学们交流后认为二者水溶液与氯化铁溶液反应的现象差别很大，除有较强的还原性而没有还原性的原因外，还可能有的原因是__________________________。