Question

1．氨、硝酸、硝酸銨、硝酸銅是重要的化工產品，工業合成氨與制備硝酸一般可連續生產，流程如圖，請回答下列問題：

（1）吸收塔中通入空氣的作用是將NO、NO₂等氧化為硝酸；下列可以代替硝酸鎂加入到蒸餾塔中的是A．
A．濃硫酸     B．氯化鈣     C．生石灰      D．硝酸亞鐵
（2）制硝酸尾氣中的氮氧化物常用尿素[CO（NH₂）₂]作為吸收劑，其主要的反應為：NO、NO₂混合氣與水反應生成亞硝酸，亞硝酸再與尿素[CO（NH₂）₂]反應生成CO₂和N₂，反應的化學方程式：NO+NO₂+H₂O=2HNO₂、CO（NH₂）₂+2HNO₂═CO₂↑+2N₂↑+3H₂O．
（3）在氧化爐里，催化劑存在時氨氣和氧氣反應：4NH₃+5O₂═4NO+6H₂O 4NH₃+3O₂═2N₂+6H₂O在不同溫度時生成產物如圖一所示．在氧化爐里，反應溫度通常控制在800℃～900℃的理由是800～900℃時副產物N₂的產率較低，NO的產率很高．
（4）如圖二所示裝置可用于電解NO制備 NH₄NO₃，電解總反應方程式為8NO+7H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$3NH₄NO₃+2HNO₃，需補充氨氣的理由是將電解過程中生成的硝酸轉化為硝酸銨．
（5）工業上通常用銅與濃硝酸反應制得光譜純硝酸銅晶體（化學式為Cu（NO₃）₂•3H₂O，摩爾質量為242g/mol）．
已知：25℃、1.01×10⁵Pa時，在密閉容器發生反應：2NO₂?N₂O₄，達到平衡時，c（NO₂）=0.0400mol/L，c（N₂O₄）=0.0100mol/L．現用一定量的Cu與足量的濃高純度硝酸反應，制得5.00L已達到平衡的N₂O₄和NO₂的混合氣體（25℃、1.01×10⁵Pa），理論上生成光譜純硝酸銅晶體的質量為36.3 g．

Answer 1

分析 工業制硝酸的流程圖分析：1、在合成塔中，N₂與H₂化合生成NH₃．2、在氧化爐里，NH₃與空氣中的O₂反應，被氧化成NO、NO₂．3、在吸收塔中，氧化爐中產生的NO、NO₂氣體與空氣中的O₂、通入的H₂O反應生成硝酸．4、在蒸餾塔中，從吸收塔中過來硝酸中加入硝酸鎂，進行濃縮處理，從而制得濃硝酸．

解答 解：（1）吸收塔主要吸收二氧化氮生成硝酸．另外從氧化爐里過來的氣體中有NO，通入空氣，可以將NO氧化為NO₂，然后再與NO₂、H₂O反應生成HNO₃；加入硝酸鎂的作用是吸收水，而且不與硝酸反應，從而達到濃縮的目的．可以用濃硫酸來代替，既可以吸收水分，不易揮發，也不與硝酸反應．
故答案為：將NO、NO₂等氧化為硝酸；A；
（2）由反應物和產物及質量守恒定律可知發生的反應為NO+NO₂+H₂O=2HNO₂、CO（NH₂）₂+2HNO₂═CO₂↑+2N₂↑+3H₂O，
故答案為：NO+NO₂+H₂O=2HNO₂；CO（NH₂）₂+2HNO₂═CO₂↑+2N₂↑+3H₂O；
（3）由所給圖表，發現在800～900℃時，主產物NO的產率很高，而副產物N₂的產率很低，
故答案為：800～900℃時副產物N₂的產率較低，NO的產率很高；
（4）電解NO制備NH₄NO₃，陽極反應為NO-3e^-+2H₂O=NO₃^-+4H⁺，陰極反應為NO+5e^-+6H⁺=NH₄⁺+H₂O，從兩極反應可看出，要使得失電子守恒，陽極產生的NO₃^-的物質的量大于陰極產生的NH₄⁺的物質的量，總反應方程式為：8NO+7H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$3NH₄NO₃+2HNO₃，因此要使電解產物全部轉化為NH₄NO₃，需補充NH₃．
故答案為：8NO+7H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$3NH₄NO₃+2HNO₃；將電解過程中生成的硝酸轉化為硝酸銨；
（5）根據達到平衡時，c（NO₂）=0.0400mol/L，c（N₂O₄）=0.0100mol/L，故5L混合氣體中的NO₂的物質的量n=CV=0.04mol/L×5L=0.2mol，
N₂O₄的物質的量n=CV=0.01mol/L×5L=0.05mol．
設反應物銅的物質的量為xmol，根據銅與濃硝酸反應時得失電子數守恒，即銅失去的電子的物質的量等于硝酸得到的電子的物質的量，可得：
2x=0.2mol×1+0.05mol×2
解得x=0.15mol
而Cu～Cu（NO₃）₂•3H₂O，故生成的Cu（NO₃）₂•3H₂O的物質的量為0.15mol，故質量m=nM=0.15mol×242g/mol=36.3g，
故答案為：36.3．

點評 本題考查了工業合成氨與制備硝酸、化學方程式的書寫、電解原理的應用、守恒方法在化學計算中的應用的知識，題目綜合性較強，難度中等，側重于考查學生的分析能力和計算能力、以及對基礎知識的綜合應用能力．