Question

11．工業上硝酸的制備和自然界中硝酸的生成既有相同之處，又有區別．路線①②③是工業生產硝酸的主要途徑，路線Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ是雷電高能固氮過程中硝酸的生成途徑．

（1）寫出N₂的一種用途做保護氣（或保存糧食、制氨氣等）．
（2）實驗室制取物質NH₃的化學方程式為Ca（OH）₂+2NH₄Cl$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CaCl₂+2NH₃↑+2H₂O．
（3）寫出工業制硝酸第③步反應化學方程式3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO．
（4）硝酸是一種強氧化性、腐蝕性的強酸，其還原產物因硝酸濃度的不同而有變化，從總體上說，硝酸濃度越高，平均每分子硝酸得到的電子數越少，濃硝酸的還原產物主要為NO₂，稀硝酸的還原產物主要為NO． 實驗室中，常用Cu與濃HNO₃反應制取NO₂，用Cu與稀HNO₃反應制取NO．
（ⅰ） 請寫出實驗室中用Cu與濃HNO₃反應制取NO₂的化學方程式：Cu+4HNO₃（濃）=Cu（NO₃）₂+2NO₂↑+2H₂O．
該反應中發生氧化反應的物質是Cu，1mol氧化劑得到（填“得到”或“失去”）1 mol電子．
（ⅱ） 48.0g Cu與適量的濃HNO₃反應，銅全部溶解后，共收集到標準狀況下22.4L的氣體（NO₂和NO的混合氣體），反應中消耗HNO₃的物質的量是C
A．1.5mol        B．2.0mol        C．2.5mol        D．3.0mol
（ⅲ） 實際上硝酸不僅可被還原為NO₂或NO，濃度更稀時硝酸還可以被還原為N₂O、N₂、NH₄NO₃等．請將3種物質：FeSO₄、Fe（NO₃）₃和Fe₂（SO₄）₃分別填入下面對應的橫線上，組成一個未配平的化學方程式．
HNO₃+FeSO₄+→Fe（NO₃）₃+Fe₂（SO₄）₃+N₂O↑+H₂O
并配平其對應的離子方程式：□Fe²⁺+□NO₃^-+□H⁺=□Fe³⁺+□N₂O↑+□H₂O．

Answer 1

分析 （1）氮氣的化學性質比較穩定，故可用氮氣做保護氣、保存糧食、制氨氣等；
（2）實驗室中用氫氧化鈣和氯化銨加熱反應制取氨氣，寫出該反應的化學方程式；
（3）工業制硝酸第③步為二氧化氮與水反應生成硝酸和一氧化氮；
（4）（ⅰ）銅與濃硝酸反應生成硝酸銅、二氧化氮與水；所含元素化合價升高的物質發生氧化反應；氧化劑獲得電子，發生還原反應，結合N元素化合價變化計算轉移電子；
（ⅱ）銅和硝酸反應，隨著濃度的減少，硝酸的還原產物的價態越低，銅和濃硝酸反應生成NO₂，而與稀硝酸反應時則生成NO，故生成的氣體可能只有NO₂或NO₂和NO混合物，由于每個氣體分子都含有1個N原子，故氣體的物質的量等于被還原的硝酸的物質的量，根據生成硝酸銅的物質的量可知表現酸性的硝酸的物質的量，這兩部分硝酸的質量即為消耗的硝酸的質量；
（ⅲ）所給的物質組合中，HNO₃中氮元素化合價位于最高價，具有氧化性，對應還原產物為NO₂，能將還原性的FeSO₄氧化為Fe₂（SO₄）₃，根據氫原子守恒，水在生成物中，配平完成方程式，再改寫成離子方程式．

解答 解：（1）由于氮氣的化學性質比較穩定，焊接金屬時可以用氮氣做保護氣，儲存糧食時也可以用氮氣代替空氣，避免糧食變質，工業合成氨中以氮氣為原料，
故答案為：做保護氣（或保存糧食、制氨氣等）；
（2）實驗室中用氫氧化鈣與氯化銨加熱反應生成氯化鈣、氨氣和水，反應方程式為：Ca（OH）₂+2NH₄Cl$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CaCl₂+2NH₃↑+2H₂O，
故答案為：Ca（OH）₂+2NH₄Cl$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CaCl₂+2NH₃↑+2H₂O；
（3）工業制硝酸第③步反應為二氧化氮與水反應生成硝酸，反應的化學方程式為：3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO，
故答案為：3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO；
（4）（ⅰ）銅與濃硝酸反應生成硝酸銅、二氧化氮與水，反應方程式為：Cu+4HNO₃（濃）=Cu（NO₃）₂+2NO₂↑+2H₂O；
反應中Cu元素化合價升高，發生氧化反應，硝酸是氧化劑，獲得電子，其化合價由+5降低為+4，故1mol硝酸完全其氧化劑作用，轉移電子為1mol，
故答案為：Cu+4HNO₃（濃）=Cu（NO₃）₂+2NO₂↑+2H₂O；Cu；得到； 1；
（ⅱ）銅和硝酸反應，隨著濃度的減少，硝酸的還原產物的價態越低，銅和濃硝酸反應生成NO₂，而與稀硝酸反應時則生成NO，故生成的氣體可能只有NO₂或NO₂和NO混合物，由于每個氣體分子都含有1個N原子，故氣體的物質的量等于被還原的硝酸的物質的量，
n（氣體）=$\frac{22.4L}{22.4L/mol}$=1mol，即被還原的硝酸的物質的量為1mol，
n（Cu）=$\frac{48g}{64g/mol}$=0.75mol，則生成n[Cu（NO₃）₂]=0.75mol，可知表現酸性的硝酸的物質的量為0.75mol×2=1.5mol，
則參加反應的硝酸的物質的量為：1.0mol+1.5mol=2.5mol，
故答案為：C；
（ⅲ） 所給的物質組合中，HNO₃中氮元素化合價位于最高價，具有氧化性，對應還原產物為NO₂，能將還原性的FeSO₄氧化為Fe₂（SO₄）₃，根據氫原子守恒，水在生成物中，配平后發生的反應為：30HNO₃+24FeSO₄=8Fe（NO₃）₃+8Fe₂（SO₄）₃+3N₂O+15H₂O，改寫成離子方程式為：8Fe²⁺+2NO₃^-+10H⁺=8Fe³⁺+N₂O↑+5H₂O，
故答案為：FeSO₄；→Fe（NO₃）₃+Fe₂（SO₄）₃；8；2；10；8；1；5．

點評 本題考查氧化還原反應基本概念、計算與配平及含氮化合物的綜合應用等知識，題目難度中等，試題知識點較多、綜合性較強，充分考查學生的分析、理解能力及化學計算能力，注意掌握氧化還原反應的配平方法，明確含氮化合物的知識及其應用．