Question

【題目】19世紀(jì)末，科學(xué)家瑞利通過如下兩種方法制得氮?dú)�，并測得其密度，從而獲得科學(xué)史上的重大發(fā)現(xiàn)。請你參與以下的科學(xué)發(fā)現(xiàn)過程。

方法I:利用空氣分離出氮?dú)?/span>

實(shí)驗步驟	解釋或結(jié)論
（1）將清新潔凈的空氣通過NaOH溶液，再通過濃硫酸。	通過濃硫酸的 目的是為了除去空氣中的_____________。
（2）將氣體通過能與氧氣反應(yīng)的物質(zhì)（提示:反應(yīng)不能生成新的氣體）	請寫 出一種能用于除去氧氣的物質(zhì)____________。
（3）收集剩余氣體，并測定該氣體的密度。	密度: 1.2572g/L

方法Ⅱ:用亞硝酸鈉（NaNO2）和氯化銨（NH4Cl）反應(yīng)制取氮?dú)猓�同時還生成了氯化鈉和一種常見的液態(tài)物質(zhì)（反應(yīng)裝置如下圖所示，其中B部分的冰鹽起冷凝作用）。測得氮?dú)獾拿芏葹?/span>1.2508g/L.該反應(yīng)的化學(xué)方程式為_____________________________。

[實(shí)驗驗證]實(shí)驗小組同學(xué)采用方法Ⅱ測定氮?dú)獾拿芏龋�操作步驟如下:

① 20°C時，經(jīng)過必要的實(shí)驗操作后，取含NH4Cl固體0.214g的飽和NH4Cl溶液放入燒瓶，連接裝置；

② 調(diào)節(jié)水準(zhǔn)管，使其與量氣管中液面相平，記錄量氣管中水面讀數(shù)為10.0mL；

③打開分液漏斗的活塞，逐滴滴入飽和NaNO2溶液，加熱至反應(yīng)發(fā)生，移走酒精燈:

④ 燒瓶中不再產(chǎn)生氣泡時，關(guān)閉分液漏斗A的活塞；

⑤待冷卻至室溫，調(diào)節(jié)兩邊液面高度相平，記錄量氣管中水面讀數(shù)為100.0mL；

⑥處理剩余藥品，整理實(shí)驗臺。

[實(shí)驗分析及數(shù)據(jù)處理]

（1）步驟①中加入藥品前必須進(jìn)行的實(shí)驗操作是_________________；

（2）步驟③中移走酒精燈后，實(shí)驗可持續(xù)進(jìn)行的原因是_________________；

（3）計算該實(shí)驗中生成的氮?dú)獾拿芏葹?/span>___________________g/L（保留4位小數(shù)）

[解釋與結(jié)論]瑞利（Rayleigh）發(fā)現(xiàn)，采用方法Ⅰ得到的氮?dú)庠谙嗤瑮l件下比其他方法得到的純氮?dú)饷芏瓤偸瞧��?/span>0.5%~ 0.6%。若實(shí)驗設(shè)計與操作均無錯誤，且氮?dú)庖淹耆�干燥，請解釋產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因是________________；（已知:相同條件下，氣體的相對分子質(zhì)量越大，密度就越大）

[反思與評價]

（1）裝置中A部分的分液漏斗與蒸餾燒瓶之間連接的導(dǎo)管所起的作用是____

A 防止NaNO2飽和溶液蒸發(fā)

B 保證實(shí)驗裝置不漏氣

C 使NaNO2飽和溶液順利滴下

D 使測得的N2體積更準(zhǔn)確

（2）科學(xué)家瑞利僅僅是從小數(shù)點(diǎn)第三位數(shù)的差別，發(fā)現(xiàn)了新物質(zhì)。這啟示我們在今后的學(xué)習(xí)和生活中要學(xué)習(xí)科學(xué)家的______________。

A 嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)態(tài)度和敢于懷疑的批判精神

B 科學(xué)研究中遇到疑惑就趁早放棄，不要浪費(fèi)時間

C 不能因為微小的差異而放過一次成功的機(jī)會

D 要相信權(quán)威，權(quán)威一定是正確的

（3）在實(shí)驗室中，我們也可將氨氣通過熾熱的裝有氧化銅的硬質(zhì)玻璃管，生成銅、氮?dú)夂退�蒸氣，該反�?yīng)的化學(xué)方程式為_______________________，若實(shí)驗操作正確，除去水蒸氣，經(jīng)過精確測定，用該方法測得的氮?dú)饷芏葦?shù)值應(yīng)與上述方法__________________ （填“I”或“II”）的更接近。

Answer 1

【答案】水蒸氣（或H2O） 銅（或紅磷） 檢查裝置氣密性 NaNO2和NH4CI反應(yīng)放熱,可提供自身反應(yīng)所需要的溫度 1.2444 空氣中含有少量密度比氮?dú)獯蟮奈镔|(zhì)，如稀有氣體等沒有被除去 CD AC Ⅱ

【解析】

方法I：
（1）將清新潔凈的空氣通過NaOH溶液可以除去空氣中的二氧化碳，濃硫酸具有吸水性，再通過濃硫酸可以除去空氣中的水蒸氣（或H2O）；

（2）除去空氣中的氧氣，可將氣體通過能與氧氣反應(yīng)的物質(zhì)且產(chǎn)物為固體，例如紅磷、銅等，所以實(shí)驗過程如下表所示：

實(shí)驗步驟	解釋或結(jié)論
（1）將清新潔凈的空氣通過NaOH溶液，再通過濃硫酸。	通過濃硫酸的 目的是為了除去空氣中的水蒸氣（或H2O）。
（2）將氣體通過能與氧氣反應(yīng)的物質(zhì)（提示：反應(yīng)不能生成新的氣體）	一種能用于除去氧氣的物質(zhì)是銅（或紅磷）
（3）收集剩余氣體，并測定該氣體的密度。	密度: 1.2572g/L

方法Ⅱ：

用亞硝酸鈉（NaNO2）和氯化銨（NH4Cl）反應(yīng)制取氮?dú)�，同時還生成了氯化鈉和一種常見的液態(tài)物質(zhì)，根據(jù)質(zhì)量守恒定律和水的物理性質(zhì)可知，該液態(tài)物質(zhì)是水，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為：；

實(shí)驗分析及數(shù)據(jù)處理：

（1）為了實(shí)驗結(jié)果準(zhǔn)確，有氣體參與的實(shí)驗，對裝置首先進(jìn)行氣密性檢查；

（2）酒精燈加熱供給反應(yīng)開始所需的熱量后，NaNO2和NH4CI反應(yīng)放熱,可提供自身反應(yīng)所需要的溫度；

（3）生成氮?dú)怏w積=100mL-10mL=90mL=0.09L；

設(shè)生成氮?dú)赓|(zhì)量為x。

x=0.112g；

實(shí)驗中生成的氮?dú)獾拿芏?/span>=；

解釋與結(jié)論：

根據(jù)題目信息，氣體相對分子質(zhì)量越大，氣體密度越大，空氣中比氮?dú)饷芏却蟮臍怏w為二氧化碳和稀有氣體，二氧化碳被吸收除去，所以只有稀有氣體可以影響氮?dú)獾拿芏鹊脑龃�。瑞利�?/span>Rayleigh）發(fā)現(xiàn)，采用方法Ⅰ得到的氮?dú)庠谙嗤瑮l件下比其他方法得到的純氮?dú)饷芏瓤偸瞧��?/span>0.5%~ 0.6%。若實(shí)驗設(shè)計與操作均無錯誤，且氮?dú)庖淹耆�干燥，產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因是空氣中含有少量密度比氮?dú)獯蟮奈镔|(zhì)，如稀有氣體等沒有被除去；

反思與評價：

（1）連接導(dǎo)管，聯(lián)通內(nèi)部的壓強(qiáng)，可以保證液體順利留下，避免壓差導(dǎo)致液體流通不暢；避免飽和NaNO2溶液加入燒瓶后，引起的氣體體積變化，使測得的N2體積更準(zhǔn)確。故選CD；

（2）A、化學(xué)學(xué)習(xí)中要以事實(shí)說話，抱有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)精神，同時對發(fā)現(xiàn)的不同現(xiàn)象敢于提出疑問，持有敢于批判的精神，故A正確；

B、缺乏毅力，不能保持刻度求真的態(tài)度，不符合學(xué)習(xí)的精神，故B錯誤；

C、善于抓住細(xì)小，細(xì)節(jié)決定成敗，故C正確；

D、面對疑問要敢于質(zhì)疑，不得人云亦云，權(quán)威不一定正確，故D錯誤。故選AC。

（3）在實(shí)驗室中，我們也可將氨氣通過熾熱的裝有氧化銅的硬質(zhì)玻璃管，生成銅、氮?dú)夂退�蒸氣，該反�?yīng)的化學(xué)方程式為：；利用化學(xué)反應(yīng)制備氮?dú)�，沒有稀有氣體存在。若實(shí)驗操作正確，除去水蒸氣，經(jīng)過精確測定，用該方法測得的氮?dú)饷芏葦?shù)值應(yīng)與上述方法II的更接近。