Question

某�；瘜W(xué)興趣小組的同學(xué)擬用以下流程研究工業(yè)合成氨以及氨氧化法制硝酸，氨氧化法制硝酸最關(guān)鍵的一步是讓氨氣與氧氣在有催化劑存在的高溫條件下反應(yīng)生成NO，請(qǐng)據(jù)此回答下列問題：

（1）流程第④步用于制取氨氣，該步的化學(xué)方程式為

 

．
（2）產(chǎn)生的氨氣與過量的氧氣混合后在第⑦步反應(yīng)，用酒精噴燈加熱，則氨催化氧化的化學(xué)方程式是

 

；經(jīng)第⑧步凈化后收集到的氣體為紅棕色，試解釋其原因

 

；將收集到的氣體浸入冰水中，試管內(nèi)氣體顏色變淺，請(qǐng)結(jié)合化學(xué)方程式說明原因

 

．
（3）若用一大試管收集產(chǎn)生的氣體48mL，然后將此大試管倒置于盛滿水的水槽中，保持溫度和壓強(qiáng)不變，待液面穩(wěn)定后，容器中剩余24mL氣體，則原混合氣體的組成為

 

，若在剩余24mL氣體中通入24mLO₂，待液面穩(wěn)定后氣體體積為

 

，在原混合氣體中通入

 

mL O₂，水將充滿整個(gè)試管．

Answer 1

分析：（1）根據(jù)第④步是氮?dú)夂蜌錃庠诟邷�、高壓以及催化劑的條件下生成氨氣來書寫化學(xué)方程式；
（2）根據(jù)氨催化氧化是氨氣和氧氣在鉑作催化劑和一定溫度下反應(yīng)生成一氧化氮和水；根據(jù)一氧化氮與氧氣反應(yīng)生成二氧化氮，二氧化氮紅棕色氣體；根據(jù)NO₂為紅棕色氣體，N₂O₄為無色氣體以及溫度對(duì)平衡2NO₂?N₂O₄△H＜0的影響；
（3）由題意以及二氧化氮和水反應(yīng)的方程式為：3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO，可知?dú)怏w的成分為二氧化氮和一氧化氮，利用差量法根據(jù)方程式3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO來計(jì)算各自的成分；
根據(jù)一氧化氮、氧氣與水反應(yīng)的方程式：4NO+3O₂+2H₂O=4HNO₃來計(jì)算；
根據(jù)二氧化氮和水反應(yīng)的方程式為：3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO以及一氧化氮、氧氣與水反應(yīng)的方程式：4NO₂+O₂+2H₂O=4HNO₃來計(jì)算；

解答：解：（1）第④步是氮?dú)夂蜌錃庠诟邷�、高壓以及催化劑的條件下反應(yīng)生成氨氣，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：
N₂+3H₂

高溫高壓

催化劑

2NH₃，
故答案為：N₂+3H₂

高溫高壓

催化劑

2NH₃；
（2）氨催化氧化是氨氣和氧氣在鉑作催化劑和一定溫度下反應(yīng)生成一氧化氮和水，化學(xué)方程式為：4NH₃+5O₂

催化劑  .

4NO+6H₂O；
NO與氧氣反應(yīng)生成NO₂：2NO+O₂=2NO₂，NO₂為紅棕色氣體，所以凈化后收集到的氣體為紅棕色；
NO₂氣體中存在平衡2NO₂?N₂O₄△H＜0，收集到的氣體浸入冰水中，溫度降低，平衡正向移動(dòng)，紅棕色氣體NO₂轉(zhuǎn)變?yōu)闊o色氣體N₂O₄，所以試管內(nèi)氣體顏色變淺，
故答案為：4NH₃+5O₂

催化劑  .

4NO+6H₂O；NO與氧氣反應(yīng)生成紅棕色的NO₂；NO₂氣體中存在平衡2NO₂?N₂O₄△H＜0，收集到的氣體浸入冰水中，溫度降低，平衡正向移動(dòng)，紅棕色氣體NO₂轉(zhuǎn)變?yōu)闊o色氣體N₂O₄，所以試管內(nèi)氣體顏色變淺；
（3）由題意以及二氧化氮和水反應(yīng)的方程式為：3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO，可知?dú)怏w的成分為二氧化氮和一氧化氮，
  3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO△V
  3              1     2
  36mL         12mL   24mL
則原氣體中二氧化氮的體積為36mL，一氧化氮的體積為48mL-36mL=12mL，所以反應(yīng)后氣體為一氧化氮，體積為24mL；
若在剩余24mL氣體中通入24mLO₂，發(fā)生反應(yīng)：
   4NO+3O₂+2H₂O=4HNO₃
    4   3
  24mL  24mL
氧氣過量，參加反應(yīng)的氧氣為18mL，過量的氧氣為6mL，
原氣體中二氧化氮的體積為36mL，一氧化氮的體積為12mL，原混合氣體中通入氧氣，先發(fā)生反應(yīng)：
   3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO
   36mL         12mL
所以反應(yīng)后一氧化氮的體積為24mL，后發(fā)生反應(yīng) 4NO₂+O₂+2H₂O=4HNO₃，若要水將充滿整個(gè)試管，則氣體恰好反應(yīng)：
  4NO+3O₂+2H₂O=4HNO₃
  4    3
 24mL  18mL
故答案為：36mLNO₂和12mLNO；6mL；18；

點(diǎn)評(píng)：本題主要考查了工業(yè)制硝酸的原理和化學(xué)計(jì)算，計(jì)算時(shí)依據(jù)反應(yīng)方程式即可解答，難度中等．