Question

4．某化学课外活动小组设计实验探究氮的化合物的性质，装置如图1所示（A装置未画出），其中A为气体发生装置．A中所用试剂，从下列固体物质中选取：
a．NH₄HCO₃、b．NH₄Cl、c．Ca（OH）₂、d．NaOH．

检查装置气密性后，先将C处铂丝网加热至红热，再将A处产生的气体通过B片刻后，撤去C处酒精灯．部分实验现象如下：铂丝继续保持红热，F处铜片逐渐溶解．
（1）实验室制取A中气体时，若只用一种试剂，则该试剂是a（填代表备选试剂的字母）；F中的现象是铜片溶解，溶液变为蓝色．
（2）A中产生的物质被B中Na₂O₂充分吸收，写出任意一个B中发生反应的化学方程式：2Na₂O₂+2CO₂=2Na₂CO₃+O₂或2Na₂O₂+2H₂O=4NaOH+O₂↑．
（3）请在图2中画出C中反应发生过程中的能量变化示意图，并在虚线上分别标出反应物和生成物的化学式．
（4）待实验结束后，将B中固体混合物溶于500mL 1mol•L^-1的盐酸中，产生无色混合气体甲，溶液呈中性，则实验前B中原有Na₂O₂的物质的量是0.25mol，气体甲在标准状况下是2.8L（忽略气体溶解）．

Answer 1

分析 实验是利用铵盐加热分解产生NH₃，再将产生的NH₃氧化，生成NO，然后继续氧化得到NO₂，进而制得HNO₃．装置A：是气体发生装置，试剂应选择分解后不易化合的NH₄HCO₃，装置B：可以将CO₂、H₂O全部吸收，同时生成O₂，装置C：进入装置C的气体是物质的量相等的NH₃和O₂，在装置C中氧化得到NO，生成的NO、H₂O以及未反应的NH₃、O₂都进入装置D，装置D：NO和O₂反应生成NO2，装置E：吸收未反应的NH₃及H₂O，装置F：NO₂溶于H₂O生成HNO₃，与铜反应．
（1）装置A：需制取氨气，试剂应选择分解后不易化合的药品，选择碳酸氢铵制取氨气，碳酸氢铵受热分解产生氨气、水和二氧化碳，装置F中NO₂溶于H₂O生成HNO₃，与铜反应，据此分析F中的现象；
（2）二氧化碳和过氧化钠反应生成碳酸钠和氧气，水和过氧化钠反应生成氢氧化钠和氧气；
（3）反应放热，则反应物的总能量大于生成物的总能量；
（4）先判断溶液中的溶质，根据钠原子守恒计算过氧化钠的物质的量；盐酸与碳酸钠反应生成的二氧化碳与碳酸氢铵分解生成的二氧化碳相同，根据反应方程式判断二氧化碳和水及过氧化钠之间的关系式，从而计算二氧化碳的体积．

解答 解：实验是利用铵盐加热分解产生NH₃，再将产生的NH₃氧化，生成NO，然后继续氧化得到NO₂，进而制得HNO₃．装置A：是气体发生装置，试剂应选择分解后不易化合的NH₄HCO₃，装置B：可以将CO₂、H₂O全部吸收，同时生成O₂，装置C：进入装置C的气体是物质的量相等的NH₃和O₂，在装置C中氧化得到NO，生成的NO、H₂O以及未反应的NH₃、O₂都进入装置D，装置D：NO和O₂反应生成NO2，装置E：吸收未反应的NH₃及H₂O，装置F：NO₂溶于H₂O生成HNO₃，与铜反应．
（1）在该实验中，装置A中需制取氨气，在提供的药品中，因氯化铵受热分解生成氨气，在温度降低后，又化合生成氯化铵，所以选择碳酸氢铵，分解生成氨气，同时碳酸氢铵受热分解产生的水和二氧化碳能与过氧化钠反应生成氧气，反应的方程式为2Na₂O₂+2H₂O=4NaOH+O₂↑，装置F：NO₂溶于H₂O生成HNO₃，与铜反应，3Cu+8HNO₃（稀）═3Cu（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O，铜片溶解，溶液变为蓝色，
故答案为：a；铜片溶解，溶液变为蓝色；
（2）二氧化碳和过氧化钠反应生成碳酸钠和氧气2Na₂O₂+2CO₂=2Na₂CO₃+O₂，水和过氧化钠反应生成氢氧化钠和氧气2Na₂O₂+2H₂O=4NaOH+O₂↑，
故答案为：2Na₂O₂+2CO₂=2Na₂CO₃+O₂或2Na₂O₂+2H₂O=4NaOH+O₂↑；
（3）反应放热，则反应物的总能量大于生成物的总能量，可表示为，
故答案为：；
（4）反应后溶液呈中性，则溶质为NaCl，根据n（HCl）=n（NaCl）=2n（Na₂O₂）可知，n（Na₂O₂）=$\frac{1}{2}$×n（HCl）=$\frac{1}{2}$×0.5L×1mol/L=0.25mol，
NH₄HCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$NH₃↑+H₂O+CO₂↑
2H₂O+2Na₂O₂=4NaOH+O₂↑
2CO₂+2Na₂O₂=2Na₂CO₃+O₂
根据方程式知，碳酸氢铵分解生成的水和二氧化碳的物质的量相同，水和二氧化碳分别与过氧化钠反应需要的过氧化钠的物质的量相同，都是0.125mol；
碳酸氢铵生成的二氧化碳和过氧化钠反应生成碳酸钠，碳酸钠和盐酸反应生成的二氧化碳，所以碳酸钠与盐酸反应生成的二氧化碳和碳酸氢铵分解生成的二氧化碳相同．
设二氧化碳的体积为V．
2CO₂+2Na₂O₂=2Na₂CO₃+O₂
44.8L 2mol
V  0.125mol
V=2.8L
故答案为：0.25； 2.8．

点评 本题考查实验探究氮的化合物的性质方案设计，涉及物质的制备、化学反应方程式的计算等知识，题目难度中等，本题易错点为（4），注意有关反应的方程式的书写，根据方程式计算．