Question

6．研究化肥的合成、廢水的處理等有現實的重要意義．
（1）硝酸銨的生產方法是采用硝酸與氨氣化合，工業合成氨是一個放熱反應，因此低溫有利于提高原料的轉化率，但實際生產中卻采用400～500℃的高溫，其原因是催化活性最強，增加反應速率，縮短達到平衡的時間；工業生產中，以氨氣為原料合成硝酸，寫出工業生產硝酸的最后一步的化學方程式3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO．
（2）甲、乙、丙三個化肥廠生產尿素所用的原料不同，但生產流程相同：

已知：CO+H₂O$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CO₂+H₂
①甲廠以焦炭和水為原料；        ②乙廠以天然氣和水為原料；
③丙廠以石腦油（主要成分為C₅H₁₂）和水為原料．
按工業有關規定，利用原料所制得的原料氣H₂和CO₂的物質的量之比，若最接近合成尿素的原料氣NH₃（換算成H₂的物質的量）和CO₂的物質的量之比，則對原料的利用率最高．據此判斷甲、乙、丙三個工廠哪個工廠對原料的利用率最高？丙．
（3）將工廠廢氣中產生的SO₂通過下列流程如圖1，可以轉化為有應用價值的硫酸鈣等．
①寫出反應Ⅰ的化學方程式：2CaCO₃+O₂+2SO₂=2CaSO₄+2CO₂．
②生產中，向反應Ⅱ的溶液中加入強還原性的對苯二酚等物質，目的是防止亞硫酸銨（NH₄）₂SO₃被氧化．
③檢驗經過反應Ⅲ得到的氨態氮肥中SO₄^2-所用試劑是鹽酸和氯化鋇（HCl和BaCl₂）．

（4）工業上利用氯堿工業產品治理含二氧化硫的廢氣．圖2是氯堿工業中電解飽和食鹽水的原理示意圖．
①用溶液A吸收含二氧化硫的廢氣，其反應的離子方程式是SO₂+OH^-=HSO₃^-（或SO₂+2OH^-=SO₃^2-+H₂O）．
②用含氣體B的陽極區溶液吸收含二氧化硫的廢氣，其反應的離子方程式是SO₂+Cl₂+2H₂O=4H⁺+SO₄^2-+2Cl^-．

Answer 1

分析 （1）溫度影響化學反應速率及化學平衡；工業生產中，以氨氣為原料合成硝酸，是先將氨催化氧化生成一氧化氮，一氧化氮與氧氣反應生成二氧化氮，二氧化氮與水反應生成硝酸，據此寫化學方程式；
（2）用原料所制得的H₂和CO₂的物質的量之比若最接近合成尿素的原料氣NH₃（換算成H₂的物質的量）和CO₂的物質的量之比，原料的利用率最高，根據原料氣產生的H₂和CO₂的物質的量之比判斷；
（3）①根據反應物和生成物，寫出反應Ⅰ的化學方程式；
②加入強還原性的對苯二酚等物質，目的是防止亞硫酸銨（NH₄）₂SO₃被氧化；
③檢驗SO₄^2-所用試劑是鹽酸和氯化鋇；
（4）①二氧化硫和氫氧化鈉反應生成NaHSO₃；
②陽極區產生的氣體氯氣的溶液與二氧化硫發生氧化還原反應．

解答 解：（1）合成氨反應的化學方程式為：N₂（g）+3H₂（g）$\frac{催化劑}{高溫高壓}$2NH₃（g）△H=-92.2kJ/mol，在400～500℃的高溫時，催化劑的催化活性最強，同時升高溫度雖然不利于平衡向正反應方向移動，但能增大反應速率，縮短達到平衡的時間；工業生產中，以氨氣為原料合成硝酸，是先將氨催化氧化生成一氧化氮，一氧化氮與氧氣反應生成二氧化氮，二氧化氮與水反應生成硝酸，所以工業生產硝酸的最后一步的化學方程式為3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO，
故答案為：催化活性最強，增加反應速率，縮短達到平衡的時間； 3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO；
（2）NH₃（換算成H₂的物質的量）和CO₂的物質的量之比為2：1合成尿素，即H₂和CO₂的物質的量之比為$\frac{2×3}{2}$：1=3：1．
甲廠以焦炭和水為原料，C+2H₂O$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CO₂+2H₂，生成的H₂和CO₂的物質的量之比為2：1．
乙廠以天然氣和水為原料，CH₄+2H₂O$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CO₂+4H₂，生成的H₂和CO₂的物質的量之比為4：1．
丙廠以石腦油和水為原料，C₅H₁₂+10H₂O$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$5CO₂+16H₂，生成的H₂和CO₂的物質的量之比為16：5，丙最接近3：1，
故答案為：丙；
（3）①根據反應物和生成物，寫出反應Ⅰ的化學方程式為：2CaCO₃+O₂+2SO₂=2CaSO₄+2CO₂，
故答案為；2CaCO₃+O₂+2SO₂=2CaSO₄+2CO₂；
②亞硫酸根離子易被氧化，向反應Ⅱ的溶液中加入強還原性的對苯二酚等物質，目的是防止亞硫酸銨（NH₄）₂SO₃被氧化，
故答案為：防止亞硫酸銨（NH₄）₂SO₃被氧化；
③檢驗SO₄^2-所用試劑是鹽酸和氯化鋇（HCl 和 BaCl₂），
故答案為：鹽酸和氯化鋇（HCl 和 BaCl₂）；
（4）①二氧化硫和氫氧化鈉反應生成NaHSO₃，SO₂+OH^-=HSO₃^-（或SO₂+2OH^-=SO₃^2-+H₂O），
故答案為：SO₂+OH^-=HSO₃^-（或SO₂+2OH^-=SO₃^2-+H₂O）；
②陽極區產生的氣體氯氣的溶液與二氧化硫發生氧化還原反應，SO₂+Cl₂+2H₂O=4H⁺+SO₄^2-+2Cl^-，
故答案為：SO₂+Cl₂+2H₂O=4H⁺+SO₄^2-+2Cl^-．

點評 本題考查了影響化學反應速率的因素，化學方程式的計算，離子反應等，考查的知識點較多，結合性強，題目難度中等，試題能夠提高學生的分析、理解能力及計算能力．