
图示第一个装置特点是:吸收装置中的导管下连漏斗 ,漏斗的边缘紧靠液面,易吸收易溶性气体,因液面上方空间大 ,能防止倒吸,
②NH3是刺激性极易溶于水的气体,需用防倒吸的装置吸收;
③HCl是有毒极易溶于水的气体 ,需用防倒吸的装置吸收,所以该装置处理的气体为氨气和氯化氢;
图示第二个装置特点是:吸收装置中的导气管插入到液面,易吸收能溶性气体,
①Cl2是有毒的气体 ,在水中的溶解度较小,需用碱液吸收,且导管需伸到液面下;
④H2S是密度比空气大有毒 ,能溶于水的气体,需用碱液吸收,且导管需伸到液面下 ,所以该装置处理的气体为氯气和硫化氢;
图示第三个装置特点是:收集难溶于水的气体,
CO难溶水,不与酸碱反应 ,有毒,需将尾气利用球胆或气球进行收集处理,所以该装置处理的气体为一氧化碳;
故答案为:②③;①④;⑤;
(2)碱石灰(或生石灰)
(3)白色沉淀 2NH 3 +3CuO 3Cu+N 2 ↑+3H 2 O
(4)Cu 2 O 、Cu
(5)3Cl 2 +8NH 3 =N 2 +6NH 4 Cl
盛满氯气的集气瓶中因氨气消耗氯气生成部分固体,导致瓶内压强减小,引起溶液倒吸
(2)干燥NH 3 需使用碱性干燥剂。(3)C中CuO与NH 3 发生氧化还原反应生成红色的Cu、N 2 和H 2 O;E中发生反应:2NH 3 +BaCl 2 +SO 2 +H 2 O=BaSO 3 ↓+2NH 4 Cl。(4)若产物全部是Cu,则由差量法知减小的部分全部是O元素的质量 ,即n(CuO)=n(O)=2.4 g÷16 g·mol - 1 =0.15 mol,所以反应的CuO的质量为0.15 mol×80 g/mol=12 g<16 g,所以CuO未完全转化成Cu ,剩余固体中可能含有Cu 2 O 。(5)Cl 2 可将NH 3 氧化为N 2 ,同时生成的HCl会和NH 3 反应生成NH 4 Cl,产生白烟现象 ,F瓶内压强变小从而出现倒吸现象。
点拨:本题考查NH 3 的制备及性质、化学实验基本操作,考查考生记忆和知识的应用能力。难度中等 。
A 、氨气的密度比空气小,不能使用向上排空气法,故A错误;
B、SO2气体的密度比空气大 ,能使用向上排空气法,SO2气体能与氢氧化钠迅速反应,所以吸收时要防倒吸 ,故B正确;
C、铜与稀硝酸反应需要加热,且产生的气体为NO,不能用水吸收 ,故C错误;
D 、制取氯气需要加热,氯气的密度比空气大,能使用向上排空气法 ,氯气用氢氧化钠溶液吸收时不需要防倒吸,故D错误;
故选B.
氨气制备方法指的是制取氨气的方法。氨气是实验室与生产中的常用气体。制取氨气的方法主要有加热固体氯化铵与熟石灰的混合物,然后将气体收集起来。
氨气制备方法之工艺流程有很多方案 ,世界各国采用的也不尽相同 。至2014年为止世界上比较先进的有布朗三塔三废锅氨合成圈[2]、伍德两塔两废锅氨合成圈、托普索S-250型氨合成圈和卡萨里轴径向氨合成工艺。
氨气制备方法,实验室制法,固体铵盐制取
加热固体铵盐和碱的混合物
反应原理:2NH4Cl+Ca(OH)2? CaCl2+2NH3↑+2H2O
装置图1
反应装置:固体+固体加热制气体装置。包括试管、酒精灯 、铁架台(带铁夹)等 。
净化装置(可省略):用碱石灰干燥。
收集装置: 向下排空气法,验满方法是用湿润的红色石蕊试纸置于试管口 ,试纸变蓝色;或将蘸有浓盐酸的玻璃棒置于试管口,有白烟产生。
尾气装置:收集时,一般在管口塞一团棉花球 ,可减少NH3与空气的对流速度,收集到纯净的NH3 。
注意事项:
不能用NH4NO3跟Ca(OH)2反应制氨气。硝酸铵受撞击、加热易爆炸,且产物与温度有关 ,可能产生NH3、N2 、N2O、NO。[5]
实验室制NH3不能用NaOH、KOH代替Ca(OH)2 。因为NaOH 、KOH是强碱,具有吸湿性(潮解)易结块,不易与铵盐混合充分接触反应。又KOH、NaOH具有强腐蚀性在加热情况下 ,对玻璃仪器有腐蚀作用,所以不用NaOH、KOH代替Ca(OH)2制NH3。
用试管收集氨气要堵棉花 。因为NH3分子微粒直径小,易与空气发生对流 ,堵棉花目的是防止NH3与空气对流,确保收集纯净;减少NH3对空气的污染。
实验室制NH3除水蒸气用碱石灰,而不采用浓H2SO4和固体CaCl2。因为浓H2SO4与NH3反应生成(NH4)2SO4。NH3与CaCl2反应能生成CaCl2·8NH3(八氨合氯化钙) 。CaCl2+8NH3= CaCl2·8NH3
氮化物制取
可以用氮化物与水反应或者叠氮化物分解。如:[5]
Li3N + 3H2O = 3LiOH + NH3↑
氨气制备方法之浓氨水制取
反应原理:NH3·H2O ? NH3↑+H2O。
装置图2
这种方法一般用于实验室快速制氨气 。
装置:烧瓶,酒精灯 ,铁架台,橡胶塞,导管等。
注意事项:加热浓氨水时也会有水蒸气 ,需要用干燥装置除杂。同上,这种方法制NH3除水蒸气用碱石灰,而不要采用浓H2SO4和固体CaCl2 。[5]
浓氨水中加固态碱性物质
反应原理:浓氨水中存在以下平衡:
装置图3
NH3+H2O? NH3·H2O?NH4+ +OH- ,[6]
加入固态碱性物质(如CaO,NaOH,碱石灰等) ,消耗水且使c(OH-)增大,使平衡移动,同时反应放热 ,促使NH3·H2O的分解。
氨气制备方法之工业合成氨技术
合成氨指由氢气 、氮气在高压、高温、催化剂作用下直接化合生成的氨,是固氮的一种方法。目前世界上的氨,除少数从焦炉气中回收的副产品外,绝大部分均由合成法制造 。该法生产工艺基本过程如下:[7]
造气
合成氨原料气中的氮气一般来自空气 ,氢气则需要制备。制氢的原料有天然气 、石脑油、重质油、煤等。
脱硫
制氢的原料中,一般含有少量的硫化氢或硫化物,它们会进入原料气中 ,这些含硫物质,极易使后续阶段使用的催化剂中毒,必须首先将其除去 ,这个过程称为脱硫 。脱硫主要有物理吸收(用甲醇、聚乙二醇二甲醚作吸收剂)和化学吸收两种,后者常用的有氨水催化法和改良蒽醌二磺酸法等。[7]
变换
经脱硫后的原料气中,除氢气外 ,还含有一定量的一氧化碳。为提高氢气产量,利用水蒸气和一氧化碳反应,使之转化成氢气 ,该过程称为变换。反应式如下:
CO+H2O→CO2+H2
反应必须通过使用催化剂完成 。
脱碳。将变换气中的二氧化碳除去的过程叫脱碳。其方法有物理吸收和化学吸收两种,后者效果更好 。我国开发的氨水脱除二氧化碳得到碳酸氢铵(一种常用氮肥)的方法在小型合成氨厂普遍使用。其反应式如下:[7]
NH3+CO2+H2O→NH4HCO3
精炼
经过上述几个过程得到的氮 、氢原料气中还含有少量的一氧化碳和二氧化碳,而合成反应使用的催化剂要求碳的氧化物总量不能大于10ppm,必须进一步脱去;少量水分对催化剂的活性等也有影响 , 同样要除去。除去这些微量有害物质的过程, 称为精炼 。最早采用铜氨液吸收法,反应式为:[7]
Cu(NH3)2+CO+NH3→Cu(NH3)3CO
少量二氧化碳可被氨进一步吸收。