Question

3．X、Y、Z、W為電子數相同的分子或離子．X有5個原子核．通常狀況下，W為無色液體．它們之間轉化關系如圖1所示，請回答：

（1）實驗室采用固件加熱制取Z的化學方程式為：2NH₄Cl+Ca（OH）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2NH₃↑+2H₂O+CaCl₂．
（2）某化學小組同學模擬工業生產制取HNO₃，設計圖2所示裝置，其中a為一個可持續鼓入空氣的橡皮球．
①A中發生反應的化學方程式是4NH₃+5O₂$\frac{\underline{催化劑}}{△}$4NO+6H₂O．
②B中濃H₂SO₄的作用是吸收水與未反應的氨氣．
（3）寫出D裝置中反應的化學方程式3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO．
（4）向含有ag HNO₃的稀溶液中，加入bg鐵粉充分反應，鐵粉全部溶解．已知3≤$\frac{a}{b}$≤4.5，則被還原的HNO₃的質量為$\frac{a}{4}$g．

Answer 1

分析 X、Y、Z、W為電子數相同的分子或離子，X有5個原子核，通常狀況下，W為無色液體，發生反應X+Y$\stackrel{△}{→}$Z+W，應是NH₄⁺+OH^-=NH₃↑+H₂O，推斷X為NH₄⁺、Y為OH^-、Z為NH₃、W為H₂O．
（1）實驗室用氫氧化鈣與氯化銨再加熱條件下制備氨氣，反應生成氯化鈣、氨氣與水；
（2）①A中發生氨的催化氧化，氨氣與氧氣反應生成NO與水；
②吸收水與未反應的氨氣；
（3）D中為二氧化氮與水反應生成硝酸與NO；
（4）ag HNO₃的稀溶液中，加入bg鐵粉充分反應，鐵粉全部溶解，硝酸與Fe的物質的量比為$\frac{\frac{a}{63}}{\frac{b}{56}}$=$\frac{a}{b}$×$\frac{8}{9}$，已知3≤$\frac{a}{b}$≤4.5，則硝酸與鐵的物質的量比為x，8：3≤x≤4：1，則產生中亞鐵離子、鐵離子均存在，發生4HNO₃+Fe=Fe（NO₃）₃+NO↑+2H₂O、8HNO₃+3Fe=3Fe（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O，結合反應計算．

解答 解：X、Y、Z、W為電子數相同的分子或離子，X有5個原子核，通常狀況下，W為無色液體，發生反應X+Y$\stackrel{△}{→}$Z+W，應是NH₄⁺+OH^-=NH₃↑+H₂O，推斷X為NH₄⁺、Y為OH^-、Z為NH₃、W為H₂O．
（1）實驗室用氫氧化鈣與氯化銨再加熱條件下制備氨氣，反應生成氯化鈣、氨氣與水，反應方程式為：2NH₄Cl+Ca（OH）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2NH₃↑+2H₂O+CaCl₂，
故答案為：2NH₄Cl+Ca（OH）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2NH₃↑+2H₂O+CaCl₂；
（2）①A中發生氨的催化氧化，氨氣與氧氣反應生成NO與水，反應方程式為：4NH₃+5O₂$\frac{\underline{催化劑}}{△}$4NO+6H₂O，
故答案為：4NH₃+5O₂$\frac{\underline{催化劑}}{△}$4NO+6H₂O；
②濃硫酸作用是吸收水與未反應的氨氣，
故答案為：吸收水與未反應的氨氣；
（3）D中為二氧化氮與水反應生成硝酸與NO，反應方程式為3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO，
故答案為：3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO；
（4）ag HNO₃的稀溶液中，加入bg鐵粉充分反應，鐵粉全部溶解，硝酸與Fe的物質的量比為$\frac{\frac{a}{63}}{\frac{b}{56}}$=$\frac{a}{b}$×$\frac{8}{9}$，已知3≤$\frac{a}{b}$≤4.5，則硝酸與鐵的物質的量比為x，8：3≤x≤4：1，則產生中亞鐵離子、鐵離子均存在，設分別為mmol、nmol，則
4HNO₃+Fe=Fe（NO₃）₃+NO↑+2H₂O
4m    m            m
8HNO₃+3Fe=3Fe（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O
$\frac{8}{3}$n    n              $\frac{2}{3}$n
則$\left\{\begin{array}{l}{m+n=\frac{b}{56}}\\{4m+\frac{8}{3}n=\frac{a}{63}}\end{array}\right.$，解得n=$\frac{3b}{56}$-$\frac{a}{84}$，m=$\frac{a}{84}$-$\frac{2b}{56}$，
由N原子守恒可知，被還原的硝酸為（m+$\frac{2}{3}$n）mol×63g/mol=$\frac{a}{4}$g，
故答案為：$\frac{a}{4}$．

點評 本題考查無機物推斷、硝酸的制備、化學計算等，題目比較綜合，推斷物質是解題關鍵，注意識記常見10電子、18電子微粒，難度較大．