(五)综合实验探究
1．(2020·全国卷Ⅰ)氮的氧化物(NOx)是大气污染物之一，工业上在一定温度和催化剂条件下用NH3将NOx还原生成N2。某同学在实验室中对NH3与NO2反应进行了探究。回答下列问题： (1)氨气的制备 ①氨气的发生装置可以选择上图中的________，反应的化学方程式为______________________。 ②欲收集一瓶干燥的氨气，选择上图中的装置，其连接顺序为：发生装置→________(按气流方向，用小写字母表示)。 (2)氨气与二氧化氮的反应 将上述收集到的NH3充入注射器中，硬质玻璃管Y中加入少量催化剂，充入NO2(两端用夹子1、2夹好)。在一定温度下按图示装置进行实验。 操作步骤 打开1，推动注射器活塞，使中的气体缓慢通入Y管中 将注射器活塞退回原实验现象 ①Y管中________________ Y管中有少量水珠 解释原因 ②反应的化学方程式__________ 生成的气态水凝聚 处并固定，待装置恢复到室温 打开2 ③________ ④________ 解析：本题考查综合实验设计，涉及氨气的制备、氨气与二氧化氮的反应实验，包括仪器选择、连接装置接口、描述现象、分析原因等，意在考查考生综合设计实验的能力。(1)①观察装置知，A装置适合加热固体制备气体，B装置适合加热液体与固体制备气体或加热液体制备气体。实验室通过氯化铵和消石灰共热制备氨气，加热固体混合物制备气体，可以选择A装置作发生装置，化学方程式为2NH4Cl＋△Ca(OH)2=====2NH3↑＋CaCl2＋2H2O。实验室还可以通过加热浓氨水制备氨气，故也可以选择B装置作△发生装置，化学方程式为NH3·H2O=====NH3↑＋H2O。②实验室用碱石灰干燥氨气，用向下排空气法收集氨气，用水吸收尾气中的氨气并注意防倒吸。故选择C、D、F装置，注意连接干燥管时应大口进气，小口出气。所以，连接顺序为a、d、c、f、e、i或b、d、c、f、e、i。(2)NO2呈红棕色，氨气与二氧化氮催化剂发生反应：8NH3＋6NO2=====7N2＋12H2O，故观察到Y管中红棕色气体慢慢变浅。NH3与NO2反应后生成的气态水凝聚，反应后气体分子数减少，装置内压强减小，故打开2，氢氧化钠溶液会产生倒吸现象。 △△答案：(1)①A 2NH4Cl＋Ca(OH)2=====2NH3↑＋CaCl2＋2H2O[或B NH3·H2O=====NH3↑＋H2O] ②d c f e i (2)①红棕色气体慢慢变浅 催化剂②8NH3＋6NO2=====7N2＋12H2O ③中NaOH溶液产生倒吸现象 ④反应后气体分子数减少，Y管中压强小于外压 2．(2020·北京卷)用零价铁(Fe)去除水体中的硝酸盐(NO3)已成为环境修复研究的热点之一。 － (1)Fe还原水体中NO3的反应原理如图所示。 ①作负极的物质是____________。 ②正极的电极反应式是____________。 (2)将足量铁粉投入水体中，经24小时测定NO3的去除率和pH，结果如下： 初始pH NO3的去除率 －－－pH＝2.5 接近100% pH＝4.5 <50% 24小时pH 接近中性 接近中性 铁的最终物质形态 pH＝4.5时，NO3的去除率低。其原因是__________________。 (3)实验发现：在初始pH＝4.5的水体中投入足量铁粉的同时，补充一定量的Fe2可以明显提高NO3的去除率。对Fe2的作用提出两种假设： Ⅰ.Fe2直接还原NO3； Ⅱ.Fe2破坏FeO(OH)氧化层。 ＋＋－＋＋－－ ①做对比实验，结果如图所示。可得到的结论是________。 ②同位素示踪法证实Fe2能与FeO(OH)反应生成Fe3O4。结合该反应的离子方程式，解释加入Fe2提高NO3去除率的原因：______________________。 (4)其他条件与(2)相同，经1小时测定NO3的去除率和pH，结果如下： 初始pH NO3的去除率 1小时pH －－－＋＋pH＝2.5 约10% 接近中性 －pH＝4.5 约3% 接近中性 与(2)中数据对比，解释(2)中初始pH不同时，NO3去除率和铁的最终物质形态不同的原因：________________________。 解析：本题考查原电池原理、环境保护和硝酸盐的脱除，意在考查考生的实际运用能力。(1)由图可知，Fe失电子作负极，正极是NO3得电子变成NH4。(2)由图知，pH＝2.5时，不导电的FeO(OH)零散分布在Fe3O4上，不影响体系导电；而pH＝4.5时，FeO(OH)均匀覆盖在Fe3O4上，阻碍电子的转移，从而阻碍反应进行。(3)①由题图可知，pH＝4.5时，单独存在的Fe2无法去除NO3，而只有铁单质时NO3的去除率约为50%，两者同时存在时NO3的去除率显著提高，可达100%，说明假设Ⅱ正确。②根据题意写出反应的离子方程式Fe2＋2FeO(OH)===Fe3O4＋2H，Fe2与不导电的FeO(OH)反应生成可导电的Fe3O4，＋＋＋－＋－－－＋
相关推荐：
loading