Question

17．硝酸是一種重要的工業原料，工業制硝酸的關鍵是氨的催化氧化，與硝酸工業相關的過程中產生的氮氧化物的處理與應用也是科學研究的熱點．
I．圖1、圖2分別是實驗室模擬合成氨及氨催化氧化的裝置
（1）氮氣和氫氣通過圖1裝置，該裝置中濃硫酸的作用是控制氣體流速和干燥混合氣體．
（2）用圖2裝置吸收一段時間氨后，再通入空氣，同時將已經加熱的鉑絲插入乙裝置的錐形瓶內，鉑絲保持紅熱的原因是反應為放熱反應，寫出該裝置中氨氧化的化學方程式4NH₃+5O₂$\frac{\underline{催化劑}}{△}$4NO+6H₂O．反應結束后錐形瓶內的溶液中含有H⁺、OH^-、NH₄⁺離子、NO₃^-離子．
Ⅱ．下列有關硝酸事實的解釋合理的是A．
A．濃硝酸通常保存在棕色的試劑瓶中，說明濃硝酸不穩定
B．足量鐵與稀硝酸反應后溶液呈淺綠色，說明稀硝酸不能氧化亞鐵離子
C．不用濃硝酸與銅屑反應來制取硝酸銅，說明濃硝酸具有揮發性
D．不用鋅與稀硝酸反應制取氫氣，說明稀硝酸能將鋅鈍化
工業生產硝酸的尾氣中含有氮氧化物NO_x（NO和NO₂的混合物，假設不含N₂O₄），對生態環境和人類健康帶來較大的威脅．
（1）工業上常用Na₂CO₃溶液吸收法處理NO_x．
已知：NO不能與Na₂CO₃溶液反應NO+NO₂+Na₂CO₃=2NaNO₂+CO₂①2NO₂+Na₂CO₃=NaNO₂+NaNO₃+CO₂    ②
用足量的Na₂CO₃溶液完全吸收NO_x，每產生5.6L（標準狀況）CO₂（全部逸出）時，吸收液質量就增加10g，則NO_x中的x值為1.75．
（2）尿素也可用于吸收處理NO_x，其反應原理為：
NO+NO₂+H₂O=2HNO₂ 2HNO₂+CO（NH₂）₂=2N₂↑+CO₂↑+3H₂O．
當混合氣體中NO、NO₂按上述反應中系數比時吸收效果最佳．若混合氣體中V（NO）：V（NO₂）=3：1時，可通入一定量的空氣，同溫同壓下，V（空氣）：V（NO）=5：6（空氣中氧氣的體積含量約為20%）．

Answer 1

分析 I（1）濃硫酸具有干燥的作用；
（2）氨氣與氧氣反應生成NO與水，鉑絲保持紅熱說明這個反應時放熱反應，氨氣溶于水形成氨水，一氧化氮會被氧氣氧化生成二氧化氮，二氧化氮溶于水生產硝酸；
II．A．存在棕色的試劑瓶中，防止硝酸見光分解；
B．稀硝酸、濃硝酸都具有強的氧化性；
C．用濃硝酸與Cu反應來制備硝酸銅會釋放出污染大氣的二氧化氮氣體；
D．金屬與硝酸反應不會生成氫氣；
（1）由方程式可知，溶液質量增重=NO_x的質量-二氧化碳質量，由原子守恒可知n（NO_x）=2n（Na₂CO₃）=2n（CO₂），結合m=nM計算x的值；
（2）若混合氣體中V（NO）：V（NO₂）=3：1時，應通入一定量空氣，達到混合氣體中V（NO）：V（NO₂）=1：1．

解答 解：I．（1）濃硫酸具有吸水性，可用于干燥氣體，故答案為：干燥混合氣體；
（2）氨氣在被氧化生成NO，鉑絲保持紅熱說明這個反應時放熱反應，反應方程式為：4NH₃+5O₂$\frac{\underline{催化劑}}{△}$4NO+6H₂O，氨氣溶于水形成氨水，故溶液中會存在銨根離子，一氧化氮會被氧氣氧化生成二氧化氮，二氧化氮溶于水生產硝酸，故溶液中會存在硝酸根離子，則溶液中含有的離子有NH₄⁺和NO₃^-等，
故答案為：反應為放熱反應；4NH₃+5O₂$\frac{\underline{催化劑}}{△}$4NO+6H₂O；NH₄⁺；NO₃^-；
Ⅱ．A．濃硝酸不穩定，通常保存在棕色的試劑瓶中，故A正確；
B．足量鐵與稀硝酸反應后溶液呈淺綠色，是由于鐵與硝酸鐵反應生成硝酸亞鐵，而稀硝酸、濃硝酸都具有強的氧化性，故B錯誤；
C．不用濃硝酸來制備硝酸銅主要是因為該反應會釋放出污染大氣的二氧化氮氣體，與硝酸的揮發性無關，故C錯誤；
D．金屬與硝酸反應不會生成氫氣，故D錯誤．
故選：A；
（1）反應生成二氧化碳物質的量為$\frac{5.6L}{22.4L/mol}$=0.25mol，由方程式可知，溶液質量增重=NO_x的質量-二氧化碳質量，則NO_x的質量=10g+0.25mol×44g/mol=21g，由原子守恒可知n（NO_x）=2n（Na₂CO₃）=2n（CO₂）=0.5mol，則0.5×（14+16x）=21，解得x=1.75，
故答案為：1.75；
（2）若混合氣體中V（NO）：V（NO₂）=3：1時，可設NO為3mol，NO₂為1mol，由題意可知一氧化氮與二氧化氮的比例關系為1：1時吸收效果最好，設一氧化氮轉化成二氧化氮x摩爾，則3-x=1+x，解得x=1，由方程式2NO+O₂=2NO₂可知，需要0.5molO₂，又空氣中氧氣的體積含量約為20%，則需要2.5mol空氣，所以V（空氣）：V（NO）=2.5：3=5：6，
故答案為：5：6．

點評 本題考查化學實驗、硝酸性質、氮氧化物有關計算等，Ⅱ（1）注意根據方程式判斷氮的氧化物與二氧化碳物質的量關系，較好的考查學生分析計算能力，難度中等．