Question

某化學學習小組同學根據實驗室現有的制取氨氣的藥品，設計了右圖所示的實驗裝置（部分夾持儀器未畫出），制取并探究氨氣的還原性、檢驗反應產物。請回答下列問題：

（1）A中發生反應的化學方程式是                                             。
（2）B中堿石灰的作用是                                                   。
（3）C中黑色固體變紅，且產生的氣體對空氣無污染，寫出該反應的化學方程式                   ；
D中發生的現象是________________________________________________________________________。
（4）該裝置存在明顯缺陷，該缺陷是                         。
（5）工業中常用氮氣與氫氣在高溫、高壓、鐵觸媒做催化劑的條件下合成氨氣，該小組同學模擬該條件也合成出了氨氣。已知起始時，將2 mol N₂、6 mol H₂充入一個容積為2 L的密閉容器中發生反應，過了5 min后，混合氣體的總物質的量減少了1 mol，求在這段時間內以H₂表示的化學反應速率
為                         。

Answer 1

（1）Ca(OH)₂＋2NH₄ClCaCl₂＋2NH₃↑＋2H₂O（2分）；
（2）干燥氨氣（1分）；
（3）3CuO+2NH₃ 3Cu+N₂+3H₂O（2分）；無水硫酸銅變藍（1分）；
（4）缺少尾氣處理裝置（1分）；
（5）0.15 mol/(L·min)（2分）

試題分析：（1）裝置A是制備氨氣的，因此其中發生反應的化學方程式是Ca(OH)₂＋2NH₄ClCaCl₂＋2NH₃↑＋2H₂O。
（2）由于生成的氨氣中混有水蒸氣，會干擾后續實驗中產物水的測定，堿石灰是干燥劑能吸收水蒸氣，所以堿石灰的作用是干燥氨氣，防止干擾產物水的測定。
（3）黑色CuO變為紅色，所以生成物是銅；同時生成一種無色氣體，該氣體無污染，因此該氣體是氮氣。根據原子守恒可知，還有水生成，則反應的化學方程式為3CuO+2NH₃ 3Cu+N₂+3H₂O。無水硫酸銅易吸水由擺手舞變為藍色，所以D中的實驗現象是白色無水CuSO₄粉末變為藍色。
（4）氨氣是刺激性氣體，所以不能隨意排放到空氣中，應有尾氣處理裝置，可用如圖所示裝置吸收氨氣。
（5）合成氨反應的化學方程式為：
3H_{2     +}    N₂2NH₃   △n↙
3mol         1mol   2mol     2mol
n(H₂)                        1mol
解得n(H₂)＝＝1.5mol
則消耗氫氣的濃度是1.5mol÷2L＝0.75mol/L
因此在這段時間內以H₂表示的化學反應速率＝0.75mol/L÷5min＝0.15 mol/(L·min)