Question

某小组同学欲探究NH₃的催化氧化反应，按如图装置进行实验。A、B装置可选用的药品：浓氨水、H₂O₂溶液、蒸馏水、NaOH固体、MnO₂。

(1)NH₃催化氧化的化学方程式是____。

(2)甲、乙两同学分别按如图装置进行实验。一段时间后，装置G中的溶液都变成蓝色。

①甲观察到装置F中有红棕色气体，生成红棕色气体的化学方程式是___。

②乙观察到装置F中只有白烟生成，白烟的成分是___(填化学式)。

③用离子方程式解释装置G中溶液变成蓝色的原因：___。

(3)为帮助乙实现在装置F中也观察到红棕色气体，如何改进___。

(4)为实现该反应，也可用如图所示的装置替换原装置中虚线框部分。

化合物X为__；NH₄HCO₃的作用是__。

Answer

4NH3+5O24NO+6H2O 2NO+O2=2NO2 NH4NO3 3Cu+8H++2NO=3Cu2++2NO↑+4H2O 通过控制K1、K2，增加氧气的量或减少氨气的量[或在E、F之间增加一个吸水（干燥）装置] Na2O2 NH4HCO3受热分解放出NH3；放出的CO2和H2O分别与Na2O2反应生成O2

【解析】

探究NH3的催化氧化反应，需制取NH3和O2，从所给药品可以看出，制氨气采用的方法是将浓氨水滴入NaOH固体中，利用NaOH溶于水放热，降低氨气在水中的溶解度，从而产生氨气，然后用碱石灰干燥，所以应使用B、D装置；制取O2的方法是将H2O2溶液滴入MnO2固体中，利用MnO2的催化作用，使H2O2分解生成O2，然后用浓硫酸干燥，所以应使用A、C装置。干燥的NH3、O2在E中混合并在催化剂、加热条件下发生反应生成NO和H2O，若O2过量，NO会转化为NO2，进而与水反应生成HNO3和NO，若此时NH3有剩余，此会生成NH4NO3。在E中，NO与O2作用生成NO2，通入G装置中，NO2与水作用生成HNO3，与稀硫酸和铜片作用生成Cu(NO3)2等，余气需进行处理，以防污染环境。若用NH4HCO3制原料气，需将分解生成的CO2和H2O转化为O2，所以需使用Na2O2。

(1)NH3催化氧化生成NO和H2O，化学方程式是4NH3+5O24NO+6H2O。答案为：4NH3+5O24NO+6H2O；

(2)①甲观察到装置F中有红棕色气体(NO2)，说明反应后O2有剩余，剩余的O2将NO氧化，化学方程式是2NO+O2=2NO2。答案为：2NO+O2=2NO2；

②乙观察到装置F中只有白烟生成，则表明NO2与H2O反应生成的HNO3与NH3反应，所以白烟的成分是NH4NO3。答案为：NH4NO3；

③装置G中溶液变成蓝色，说明反应生成了Cu2+，则应为NO2和水作用生成的HNO3与稀硫酸及铜片作用生成Cu(NO3)2等，产生此现象的离子方程式为：3Cu+8H++2NO=3Cu2++2NO↑+4H2O。答案为：3Cu+8H++2NO=3Cu2++2NO↑+4H2O；

(3)为帮助乙实现在装置F中也观察到红棕色气体，则需减少NH3的生成量，增大O2的生成量，所以应改进为：通过控制K1、K2，增加氧气的量或减少氨气的量[或在E、F之间增加一个吸水（干燥）装置]。答案为：通过控制K1、K2，增加氧气的量或减少氨气的量[或在E、F之间增加一个吸水（干燥）装置]；

(4)若用NH4HCO3制原料气，需将分解生成的CO2和H2O转化为O2，所以需使用Na2O2，所以化合物X为Na2O2；NH4HCO3的作用是NH4HCO3受热分解放出NH3；放出的CO2和H2O分别与Na2O2反应生成O2。答案为：Na2O2；NH4HCO3受热分解放出NH3；放出的CO2和H2O分别与Na2O2反应生成O2。