Question

實(shí)驗(yàn)：（一）用裝置甲、乙、丙和乳膠管組成一套裝置（氣密性已檢查），可用于制取并收集NH₃或HCl氣體．可供選擇的液體試劑有：濃硫酸、稀硫酸、濃鹽酸、稀鹽酸、濃氨水，丙中試劑為紫色石蕊溶液．請回答下列問題．

①若制取某氣體的過程中，丙中的石蕊溶液變紅，且燒瓶A中的試劑與分液漏斗B中的試劑均為無色液體，則燒瓶A中的試劑為

 

，制取該氣體利用了分液漏斗B中試劑的性質(zhì)有

 

、

 

．通過丙中紫色石蕊溶液變紅或變藍(lán)，說明乙中氣體已集滿．若石蕊溶液變藍(lán)，則燒瓶A中應(yīng)加入的固體試劑為

 

．
②若在乙中收集氨氣，氣體流經(jīng)裝置的順序是：a→

 

→

 

→d（填接口代號）．
（二）氮元素及其化合物在生產(chǎn)生活中有廣泛應(yīng)用．
（1）某�；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)小組同學(xué)進(jìn)行有關(guān)NO₂氣體的系列實(shí)驗(yàn)（如圖丁所 示），燒瓶中放有少量銅片，打開分液漏斗的旋塞，加入過量濃硝酸，試管中收集的氣體顏色是

 

，用化學(xué)方程式表示氣體變色的原因是

 

；將燒瓶浸入冰水中，燒瓶內(nèi)氣體顏色

 

（填“變深”、“不變”或“變淺”），顏色變化的原因是

 

（用化學(xué)用語和必要文字說明）．
（2）已知：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92kJ?mol^-1
①下列有關(guān)該反應(yīng)速率的敘述，正確的是（選填序號）

 

．
a．升高溫度可以增大活化分子百分?jǐn)?shù)，加快反應(yīng)速率
b．增大壓強(qiáng)不能增大活化分子百分?jǐn)?shù)，但可以加快反應(yīng)速率
c．使用催化劑可以使反應(yīng)物分子平均能量升高，加快反應(yīng)速率
d．在質(zhì)量一定的情況下，催化劑顆粒的表面積大小，對反應(yīng)速率有顯著影響
②根據(jù)溫度對化學(xué)平衡的影響規(guī)律可知，對于該反應(yīng)，溫度越高，其平衡常數(shù)的值越

 

．
③某溫度下，若把10mol N₂與30mol H₂ 置于體積為10L的密閉容器內(nèi)，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，測得平衡混合氣體中氨的體積分?jǐn)?shù)為20%，則該溫度下反應(yīng)的K=

 

（可用分?jǐn)?shù)表示）．
（3）傳統(tǒng)的合成氨工業(yè)需要高溫高壓催化劑的反應(yīng)條件．近年有資料表明在常壓下可用電解法合成氨，轉(zhuǎn)化率高達(dá)78%．已知新法合成氨中所用的電解質(zhì)能傳導(dǎo)H⁺，則其陽極反應(yīng)式是

 

；陰極反應(yīng)式是

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：性質(zhì)實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì),常見化學(xué)電源的種類及其工作原理,化學(xué)反應(yīng)速率的影響因素

專題：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題

分析：（一）①酸或酸性物質(zhì)可使石蕊溶液變紅，濃硫酸具有吸水性、溶于水放出大量的熱的性質(zhì)特點(diǎn)；
②氨氣顯堿性，能使石蕊溶液變藍(lán)，可以用濃氨水滴加到NaOH或CaO或堿石灰中來制取，氨氣密度比空氣的小，收集氨氣是導(dǎo)氣管要短進(jìn)長出；
（二）（1）金屬銅可以和濃硝酸之間反應(yīng)生成硝酸銅、二氧化氮以及水，據(jù)此書寫離子方程式，二氧化氮和水之間反應(yīng)生成硝酸和一氧化氮；二氧化氮和四氧化二氮之間存在平衡轉(zhuǎn)化2NO₂?N₂O₄；
（2）①升高溫度、增加壓強(qiáng)、使用催化劑、增大接觸面積均能加快反應(yīng)速率，注意只有催化劑和溫度能使活化分子百分?jǐn)?shù)增大；
②該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡逆向移動(dòng)；
③設(shè)出氮?dú)獾霓D(zhuǎn)化率，利用化學(xué)平衡三段式列式計(jì)算出各組分濃度，然后計(jì)算出該反應(yīng)的平衡常數(shù)；
（3）根據(jù)電解原理及合成氨反應(yīng)原理寫出兩極反應(yīng)式．

解答： 解：（一）①酸或酸性物質(zhì)可使石蕊溶液變紅，丙中的石蕊溶液變紅，所以制取的是氯化氫氣體，可以用濃硫酸滴入濃鹽酸中來制取，濃硫酸具有吸水性、溶于水放出大量的熱的性質(zhì)特點(diǎn)；
氨氣顯堿性，能使石蕊溶液變藍(lán)，可以將濃氨水滴加到NaOH或CaO或堿石灰中來制取，
故答案為：濃鹽酸；吸水性；溶于水放出大量熱；NaOH或CaO或堿石灰；
②氨氣密度比空氣的小，收集氨氣時(shí)導(dǎo)氣管要短進(jìn)長出，所以連接順序?yàn)椋篴→c→b→d，
故答案為：cb．
（二）（1）金屬銅可以和濃硝酸之間反應(yīng)生成硝酸銅、二氧化氮以及水，即Cu+4H⁺+NO₃^-=Cu²⁺+NO₂↑+4H₂O，如果用水收集，則二氧化氮和水之間反應(yīng)生成硝酸和一氧化氮，3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO，一氧化氮是無色氣體；
二氧化氮和四氧化二氮之間存在平衡轉(zhuǎn)化：2NO₂?N₂O₄，二氧化氮是紅棕色物質(zhì)，四氧化二氮是無色的，所以顏色會(huì)變淺，
故答案為：無色；3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO；變淺；2NO₂?N₂O₄ △H＜0，溫度降低，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，c（NO₂）濃度降低；
（2）①a．升高溫度可以增大活化分子百分?jǐn)?shù)，有效碰撞的次數(shù)增加，則加快反應(yīng)速率，故a正確；
b．增大壓強(qiáng)，可增大單位體積活化分子數(shù)目，從而加快反應(yīng)速率，但是不影響活化分子百分?jǐn)?shù)，故b正確；
c．使用催化劑，降低反應(yīng)的活化能，加快反應(yīng)速率，但反應(yīng)物分子平均能量不變，故c錯(cuò)誤；
d．在質(zhì)量一定的情況下，催化劑顆粒越小，催化劑的表面積越大，反應(yīng)速率越大，故d正確；
故答案為：abd；
 ②該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，則平衡常數(shù)K減小，溫度越高，K越小，
故答案為：��；
③設(shè)達(dá)到平衡時(shí)氮?dú)獾霓D(zhuǎn)化率為x，根據(jù)化學(xué)平衡的三段式可得：
            N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
開始（mol） 10      30        0 
轉(zhuǎn)化（mol） 10x     30x      20x
平衡（mol）10（1-x）30（1-x） 20x
平衡混合氣體中氨的體積分?jǐn)?shù)為20%，則平衡時(shí)氨氣的體積分?jǐn)?shù)為：

20x

10-10x+30-30x+20x

×100%=20%，
解得：x=

1

3

，
達(dá)到平衡時(shí)各組分的濃度為：c（N₂）=

10mol(1- 1 3 )

10L

=

2

3

mol/L，c（H₂）=

30mol×(1- 1 3 )

10L

=2mol/L，c（NH₃）=

20× 1 3

10

mol/L=

2

3

mol/L，
該溫度下該反應(yīng)的平衡常數(shù)為：K=

( 2 3 )2

2 3 ×23

=

1

12

，
故答案為：

1

12

；
（3）合成氨的總反應(yīng)為：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g），電解池中陽極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，則陽極氫氣失去電子生成氫離子，電解反應(yīng)式為：3H₂-6e^-═6H⁺；陰極氮?dú)膺_(dá)到電子生成氨氣，電極反應(yīng)式為：N₂+6e^-+6H⁺═2NH₃，
故答案為：3H₂-6e^-═6H⁺；N₂+6e^-+6H⁺═2NH₃ ．

點(diǎn)評：本題考查了化學(xué)平衡的計(jì)算、化學(xué)反應(yīng)速率的影響因素、電解原理等知識，題目難度較大，試題涉及的知識點(diǎn)較多、綜合性較強(qiáng)，充分考查了學(xué)生的分析、理解能力及化學(xué)實(shí)驗(yàn)、化學(xué)計(jì)算能力，是一道質(zhì)量結(jié)合的題目．