Question

5．2015年8月12日天津港特大爆炸事故，再一次引發了人們對環境問題的關注．據查危化倉庫中存有大量的鈉、鉀、白磷（P₄）、硝酸銨和氰化鈉（NaCN）．
（1）白磷有毒能和氯酸溶液發生氧化還原反應：3P₄+10HClO₃+18H₂O=10HCl+12H₃PO₄，該反應的氧化產物是H₃PO₄，若有1mol P₄參加反應轉移電子為20mol．
（2）氰化鈉（NaCN）是一種化工原料，用于基本化學合成、電鍍、冶金和有機合成醫藥、農藥及金屬處理等方面．
①已知：25℃時，HCN的電離平衡常數K_a=6.2×10^-10，H₂CO₃在25℃時的電離平衡常數是K_a1=4.5×10^-7、
K_a2=4.7×10^-11，則向 NaCN溶液通入少量CO₂反應方程式是：CO₂+NaCN+H₂O=NaHCO₃+HCN．
②常溫下，氰化鈉能與過氧化氫溶液反應，生成碳酸氫鈉和能使濕潤的紅色石蕊試紙變藍色的氣體，大大降低其毒性．該反應的化學方程式是：NaCN+H₂O₂+H₂O=NaHCO₃+NH₃↑．
③電解法可以處理空氣中的氮氧化物，用如右圖示電解池，將NO_x在電解池中分解成無污染的N₂和O₂除去，兩電極間是固體氧化物電解質，在一定條件下可自由傳導O²-，電解池陰極反應為2NO_x+4xe^-=N₂+2xO^2-．
（3）①傳統工業上利用氨氣可以合成尿素．主要反應如下：
2NH₃（g）+CO₂（g）=NH₂CO₂NH₄（s）△H=-159.47kJ•mol^-1
NH₂CO₂NH₄（s）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）△H=+72.49kJ•mol^-1
反應2NH₃（g）++CO₂（g）=CO（NH₂）（s）+H₂O（g）的△H=-86.98 kJ•mol^-1
②工業上用氨氣制備硝酸，將一定質量的鐵粉加入到100mL某濃度的稀硝酸中充分反應后，容器中剩余m₁g鐵粉，此時共收集到NO氣體448mL（標準狀況）．然后向上述混合物中加入稀硫酸至不再產生NO為止，容器剩余鐵粉m₂g，則m₁-m₂為5.04．（若鐵改為銅，答案相應改正）

Answer 1

分析 （1）元素化合價升高發生氧化反應得到氧化產物；根據P元素化合價變化計算轉移電子物質的量；
（2）①由電離平衡常數可知，酸性：H₂CO₃＞HCN＞HCO₃^-，則NaCN溶液通入少量CO₂生成NaHCO₃與HCN；
②常溫下，氰化鈉能與過氧化氫溶液反應，生成碳酸氫鈉和能使濕潤的紅色石蕊試紙變藍色的氣體，該氣體為氨氣，配平書寫方程式；
③電解池陰極發生還原反應，NO_x在陰極獲得電子生成N₂、O^2-；
（3）①已知：Ⅰ.2NH₃（g）+CO₂（g）═NH₂CO₂NH₄（s）△H=-159.47kJ•mol^-1
Ⅱ．NH₂CO₂NH₄（s）═CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）△H=+72.49kJ•mol^-1
根據蓋斯定律，Ⅰ+Ⅱ可得：2NH₃（g）+CO₂（g）═CO（NH₂）（s）+H₂O（g）；
②鐵粉加入到100mL某濃度的稀硝酸中，充分反應后，容器中剩有m₁g鐵粉，生成Fe（NO₃）₂和NO氣體0.02mol，根據電子轉移守恒計算參加反應的Fe的物質的量，再根據Fe原子守恒計算溶液中n[Fe（NO₃）₂]，再向溶液中足量稀硫酸至不再反應為止，容器剩余Fe粉m₂g，Fe（NO₃）₂中NO₃^-發生反應3Fe+8H⁺+2NO₃^-═3Fe²⁺+2NO↑+4H₂O，（m₁-m₂）為與溶液中NO₃^-反應的Fe的質量．

解答 解：（1）反應中P元素化合價升高得到H₃PO₄，氧化產物為H₃PO₄，若有1mol P₄參加反應轉移電子為1mol×4×5=20mol，故答案為：H₃PO₄；20；
（2）①由電離平衡常數可知，酸性：H₂CO₃＞HCN＞HCO₃^-，則NaCN溶液通入少量CO₂生成NaHCO₃與HCN，反應方程式為：CO₂+NaCN+H₂O=NaHCO₃+HCN，
故答案為：CO₂+NaCN+H₂O=NaHCO₃+HCN；
②常溫下，氰化鈉能與過氧化氫溶液反應，生成碳酸氫鈉和能使濕潤的紅色石蕊試紙變藍色的氣體，該氣體為氨氣，反應方程式為：NaCN+H₂O₂+H₂O=NaHCO₃+NH₃↑，
故答案為：NaCN+H₂O₂+H₂O=NaHCO₃+NH₃↑；
③電解池陰極發生還原反應，NO_x在陰極獲得電子生成N₂、O^2-，陰極電極反應式為：2NO_x+4xe^-=N₂+2xO^2-，
故答案為：2NO_x+4xe^-=N₂+2xO^2-；
（3）①已知：Ⅰ.2NH₃（g）+CO₂（g）═NH₂CO₂NH₄（s）△H=-159.47kJ•mol^-1
Ⅱ．NH₂CO₂NH₄（s）═CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）△H=+72.49kJ•mol^-1
根據蓋斯定律，Ⅰ+Ⅱ可得：2NH₃（g）+CO₂（g）═CO（NH₂）（s）+H₂O（g），△H=-159.47kJ•mol^-1+72.49kJ•mol^-1=-86.98kJ•mol^-1，
故答案為：-86.98；
②鐵粉加入到100mL某濃度的稀硝酸中，充分反應后，容器中剩有m₁g鐵粉，生成Fe（NO₃）₂和NO氣體，NO的物質的量為$\frac{0.448L}{22.4L/mol}$=0.02mol，根據電子轉移守恒可知，參加反應的Fe的物質的量為$\frac{0.02mol×（5-2）}{2}$=0.03mol，根據Fe原子守恒可知，溶液中n[Fe（NO₃）₂]=0.03mol，溶液中n（NO₃^-）=0.06mol．
再向溶液中足量稀硫酸至不再反應為止，Fe（NO₃）₂中NO₃^-發生反應3Fe+8H⁺+2NO₃^-═3Fe²⁺+2NO↑+4H₂O，容器剩有銅粉m₂g，（m₁-m₂）為與溶液中NO₃^-反應的銅的質量，令再次反應的銅的物質的量為xmol，則：
3Fe+8H⁺+2NO₃^-═3Fe²⁺+2NO↑+4H₂O
3        2
xmol 0.06mol
所以x=0.09mol
所以再次反應的Fe的質量為0.09mol×56g/mol=5.04g，即（m₁-m₂）=5.04g，
故答案為：5.04．

點評 本題考查氧化還原反應基本概念與計算、化學方程式書寫、電解原理、反應熱計算等，（3）中關鍵是判斷（m₁-m₂）為與溶液中NO₃^-反應的Fe的質量，注意根據電子轉移守恒、元素守恒計算，如根據方程式計算，相對比較麻煩，注意守恒思想在氧化還原反應計算中應用，尤其硝酸根完全反應，利用離子方程式計算．