Question

9．氨、硝酸、硝酸銨、硝酸銅是重要的化工產(chǎn)品．工業(yè)合成氨與制備硝酸一般可連續(xù)生產(chǎn)，流程如圖1：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，請寫出反應的化學方程式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+30₂?2N₂+6H₂O 在不同溫度時生成產(chǎn)物如圖一所示．在氧化爐里，反應溫度通�？刂圃�800℃～900℃的理由是800～900℃時副產(chǎn)物N₂的產(chǎn)率較低，NO的產(chǎn)率很．
（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{\;通電\;}}{\;}$3NH₄NO₃+2HNO₃，需補充氨氣的理由是將電解過程中生成的硝酸轉(zhuǎn)化為硝酸銨．
（5）工業(yè)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(zhì)量為242g/mol）．已知：25℃、1.01×10⁵Pa時，在密閉容器發(fā)生反應：2NO₂?N₂O₄，達到平衡時，c（NO₂）=0.0400mol/L，c（N₂O₄）=0.0100mol/L．
現(xiàn)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(zhì)量為36.3 g．

Answer 1

分析 （1）吸收塔中通入空氣的作用是利用氧氣將NO、NO₂等氧化為硝酸；硝酸鎂加入到蒸餾塔中作吸水劑據(jù)此分析；
（2）尾氣中的氧化物主要為NO、NO₂，由題目信息可知，二者與水反應生成亞硝酸，亞硝酸再與尿素反應生成CO₂和N₂，然后配平；
（3）由圖可知，在800℃～900℃時，NO的產(chǎn)率很高；
（4）工業(yè)上電解NO制備 NH₄NO₃，由裝置圖可知陽極發(fā)生氧化反應，NO被氧化生成NO₃^-，陰極發(fā)生還原反應，NO被還原生成NH₄⁺，陽極反應為NO-3e^-+2H₂O=NO₃^-+4H⁺，陰極反應為：NO+5e^-+6H⁺=NH₄⁺+H₂O，結(jié)合電極方程式解答該題．
（5）根據(jù)達到平衡時，c（NO₂）=0.0400mol/L，c（N₂O₄）=0.0100mol/L，求出5L混合氣體中N₂O₄和NO₂的物質(zhì)的量，然后根據(jù)在氧化還原反應中得失電子數(shù)守恒，求出反應掉的銅的物質(zhì)的量，即可求出生成光譜純硝酸銅晶體的物質(zhì)的量和質(zhì)量．

解答 解：（1）吸收塔中通入空氣的作用是利用空氣中的氧氣將NO、NO₂等氧化為硝酸；硝酸鎂加入到蒸餾塔中作吸水劑，濃硫酸能吸水，而且難揮發(fā)，所以選用濃硫酸，
故答案為：將NO、NO₂等氧化為硝酸，A；
（2）由題目信息可知，NO、NO₂二者混合物與水反應生成亞硝酸，反應方程式為NO+NO₂+H₂O=2HNO₂；
亞硝酸再與尿素反應生成CO₂和N₂，反應方程式為CO（NH₂）₂+2HNO₂═CO₂↑+2N₂↑+3H₂O，
故答案為：NO+NO₂+H₂O=2HNO₂；CO（NH₂）₂+2HNO₂═CO₂↑+2N₂↑+3H₂O．
（3）由圖可知，在800℃～900℃時，副產(chǎn)物N₂的產(chǎn)率較低，而NO的產(chǎn)率很高，
故答案為：800～900℃時副產(chǎn)物N₂的產(chǎn)率較低，NO的產(chǎn)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(chǎn)生的NO₃^-的物質(zhì)的量大于陰極產(chǎn)生的NH₄⁺的物質(zhì)的量，總反應方程式為：8NO+7H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$3NH₄NO₃+2HNO₃，補充氨氣能將電解過程中生成的硝酸轉(zhuǎn)化為硝酸銨，
故答案為：8NO+7H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$3NH₄NO₃+2HNO₃，將電解過程中生成的硝酸轉(zhuǎn)化為硝酸銨；
（5）根據(jù)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(zhì)的量n=CV=0.04mol/L×5L=0.2mol，N₂O₄的物質(zhì)的量n=CV=0.01mol/L×5L=0.05mol．
設反應掉的銅的物質(zhì)的量為Xmol，根據(jù)銅與濃硝酸反應時得失電子數(shù)守恒，即銅失去的電子的物質(zhì)的量等于硝酸得到的電子的物質(zhì)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(zhì)的量為0.15mol，故質(zhì)量m=nM=0.15mol×242g/mol=36.3g，
故答案為：36.3g．

點評 本題考查了反應條件的控制、工業(yè)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(cè)重于考查學生的分析能力和計算能力、以及對基礎(chǔ)知識的綜合應用能力．