Question

2．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提供O₂將NO、NO₂氧化為HNO₃；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(yīng)為：NO、NO₂混合氣與水反應(yīng)生成亞硝酸，亞硝酸再與尿素[CO（NH₂）₂]反應(yīng)生成CO₂和N₂，反應(yīng)的化學方程式為NO+NO₂+H₂O=2HNO₂、2HNO₂+CO（NH₂）₂=CO₂↑+2N₂↑+3H₂O．
（3）在氧化爐里，催化劑存在時氨氣和氧氣反應(yīng)：4NH₃+5O₂?4NO+6H₂O，4NH₃+3O₂?2N₂+6H₂O 在不同溫度時生成產(chǎn)物如圖2所示．在氧化爐里，反應(yīng)溫度通常控制在800℃～900℃的理由是在此溫度范圍里，主產(chǎn)物NO的產(chǎn)率較高．

（4）如圖3所示裝置可用于電解NO制備 NH₄NO₃，電解總反應(yīng)方程式為8NO+7H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$3NH₄NO₃+2HNO₃，需補充氨氣的理由是與電解產(chǎn)生的HNO₃反應(yīng)生成NH₄NO₃．
（5）工業(yè)上通常用銅與濃硝酸反應(yīng)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(yīng)：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(yīng)，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36.3g．

Answer 1

分析 工業(yè)制硝酸的流程圖分析如下：1．在合成塔中，N₂與H₂化合生成NH₃；2．將NH3和空氣通入氧化爐里反應(yīng)生成NO、NO₂ 3．將混合氣體通入吸收塔中，空氣中的O₂將NO氧化為NO₂，并與H₂O、NO₂反應(yīng)生成HNO₃ 4．最后將生成的HNO₃通入蒸餾塔中，加入硝酸鎂進行濃縮，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(yīng)生成HNO₃；加入硝酸鎂的作用是吸收水，而且不與硝酸反應(yīng)，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(fā)，也不與硝酸反應(yīng)．
故答案為：將NO、NO₂等氧化為硝酸；A；
（2）由反應(yīng)物和產(chǎn)物及質(zhì)量守恒定律可知發(fā)生的反應(yīng)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(fā)現(xiàn)在800～900℃時，主產(chǎn)物NO的產(chǎn)率很高，而副產(chǎn)物N₂的產(chǎn)率很低，
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(yīng)為NO-3e^-+2H₂O=NO₃^-+4H⁺，陰極反應(yīng)為NO+5e^-+6H⁺=NH₄⁺+H₂O，從兩極反應(yīng)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(yīng)方程式為：8NO+7H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$3NH₄NO₃+2HNO₃，因此要使電解產(chǎn)物全部轉(zhuǎn)化為NH₄NO₃，需補充NH₃．
故答案為：8NO+7H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$3NH₄NO₃+2HNO₃；將電解過程中生成的硝酸轉(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(shè)反應(yīng)物銅的物質(zhì)的量為xmol，根據(jù)銅與濃硝酸反應(yīng)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：36.3．

點評 本題考查了工業(yè)合成氨與制備硝酸、化學方程式的書寫、電解原理的應(yīng)用、守恒方法在化學計算中的應(yīng)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(yīng)用能力．