Question

14．Ⅰ工業(yè)上用氨催化氧化制硝酸
（1）由氨氧化劑制備硝酸的第一步反應(yīng)的化學(xué)方程式4NH₃+5O₂$\frac{\underline{催化劑}}{△}$ 4NO+6H₂O．
（2）由于二氧化氮不能被水完全吸收，因此生成的氣體須經(jīng)過多次氧化、吸收的循壞操作，使其充分轉(zhuǎn)化為硝酸（如果不考慮生產(chǎn)過程中的其他損失）
①從理論上分析，要使氨氣完全轉(zhuǎn)化為硝酸，則原料氨氣和氧氣物質(zhì)的量的投料比至少為1：2．
②如果按理論上的原料比將原料放在一個具有反應(yīng)條件的密閉容器中進(jìn)行，所有物質(zhì)不與外界交換，則最后所得溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為77.8%．
Ⅱ某學(xué)習(xí)小組為了模擬工業(yè)上氨氧化制硝酸，用下列儀器進(jìn)行實驗：

C裝置可以加熱，回答下列問題：
（3）裝置圖中虛線方框內(nèi)必要儀器的名稱和所盛試劑分別為干燥管、堿石灰．
（4）A處的玻璃導(dǎo)管設(shè)置成可上下抽動的原因控制氨氣和氧氣的體積比．
（5）實驗中在D中觀察到的實驗現(xiàn)象是出現(xiàn)紅棕色．
（6）E的作用是吸收尾氣，E中倒置漏斗可防倒吸，能防倒吸原因是漏斗上方空間大，可容納大量水，水進(jìn)入漏斗中，燒杯內(nèi)水面下降，與漏斗邊緣脫離，漏斗中水回流至燒杯．

Answer 1

分析 Ⅰ．（1）制備硝酸的第一步反應(yīng)是氨的催化氧化生成一氧化氮和水；
（2）①氨氣和氧氣催化氧化生成一氧化氮和水，一氧化氮、氧氣、水反應(yīng)生成硝酸，根據(jù)反應(yīng)方程式中氨氣和氧氣關(guān)系判斷；
②由4NH₃+5O₂$\frac{\underline{催化劑}}{△}$4NO+6H₂O、4NO+3O₂+2H₂O=4HNO₃，可得：NH₃+2O₂=HNO₃+H₂O，生成1molHNO₃時，水是也是1mol，據(jù)此計算；
II．A裝置：氨氣易揮發(fā)，空氣通過氨氣，控制通過氣體的速率，形成氨氣和氧氣的混合氣，B裝置：除去氨氣中的水蒸氣，C裝置：氨氣催化氧化生成一氧化氮和水，D裝置：
一氧化氮和氧氣 反應(yīng)生成二氧化氮，E裝置：吸收尾氣．
（3）B裝置：除去氨氣中的水蒸氣，據(jù)此選擇儀器和藥品；
（4）A處的玻璃導(dǎo)管設(shè)置成可上下抽動，可控制通入氣體的速率；
（5）D裝置中一氧化氮和氧氣 反應(yīng)生成二氧化氮；
（6）氫氧化鈉能吸收酸性氣體，E中倒置漏斗，漏斗上方空間大，可緩沖防倒吸．

解答 解：Ⅰ．（1）氨氣在催化作用下反應(yīng)被氧化生成NO和水，化學(xué)方程式為：4NH₃+5O₂$\frac{\underline{催化劑}}{△}$ 4NO+6H₂O，
故答案為：4NH₃+5O₂$\frac{\underline{催化劑}}{△}$ 4NO+6H₂O；                               
（2）①由4NH₃+5O₂$\frac{\underline{催化劑}}{△}$4NO+6H₂O、4NO+3O₂+2H₂O=4HNO₃，可得：NH₃+2O₂=HNO₃+H₂O，則原料氨氣和氧氣物質(zhì)的量的投料比為1：2；
故答案為：1：2；
②由4NH₃+5O₂$\frac{\underline{催化劑}}{△}$4NO+6H₂O、4NO+3O₂+2H₂O=4HNO₃，可得：NH₃+2O₂=HNO₃+H₂O，則按理論上的原料比將原料放在一個具有反應(yīng)條件的密閉容器中進(jìn)行，所有物質(zhì)不與外界交換，則生成1molHNO₃時，水是也是1mol，則硝酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：$\frac{63}{63+18}$×100%=77.8%，
故答案為：77.8%；
II．（3）氨氣為堿性氣體，從濃氨水中得到的氨氣含有水蒸氣，需用堿性干燥劑除去，可選擇堿石灰，堿石灰為固體干燥劑，可選擇干燥管儀器，
故答案為：干燥管、堿石灰；
（4）A處的玻璃導(dǎo)管設(shè)置成可上下抽動，可通過抽動導(dǎo)管實現(xiàn)控制氨氣和氧氣的體積比，
故答案為：控制氨氣和氧氣的體積比；                                       
（5）二氧化氮為紅棕色氣體，D裝置中一氧化氮和氧氣反應(yīng)生成二氧化氮，實驗現(xiàn)象是出現(xiàn)紅棕色，
故答案為：出現(xiàn)紅棕色；
（6）二氧化氮為酸性氣體，能和氫氧化鈉反應(yīng)，2NO₂+2NaOH=NaNO₃+NaNO₂+H₂O，E的作用是吸收尾氣，E中倒置漏斗，漏斗上方空間大，可容納大量水，水進(jìn)入漏斗中，燒杯內(nèi)水面下降，與漏斗邊緣脫離，漏斗中水回流至燒杯，
故答案為：吸收尾氣；漏斗上方空間大，可容納大量水，水進(jìn)入漏斗中，燒杯內(nèi)水面下降，與漏斗邊緣脫離，漏斗中水回流至燒杯．

點評 本題以工業(yè)制硝酸為知識背景，掌握反應(yīng)原理是解答關(guān)鍵，要求學(xué)生具有較強的分析問題和解決問題的能力，題目難度中等，注意（2）關(guān)系式在計算中的應(yīng)用．