Question

15．NH₃在與酸反應(yīng)、與鹽溶液反應(yīng)時(shí)體現(xiàn)出堿性外，還有其它性質(zhì)．

（ I）（1）同學(xué)甲在百度中查閱工業(yè)制硝酸的原理：硝酸工業(yè)與合成氨工業(yè)密接相關(guān)，氨氧化法是工業(yè)生產(chǎn)中制取硝酸的主要途徑，其主要流程是將氨和空氣的混合氣（氧：氮≈2：1）通入灼熱（760～840℃）的鉑銠合金網(wǎng)，在合金網(wǎng)的催化下，氨被氧化成一氧化氮（NO）．生成的一氧化氮利用反應(yīng)后殘余的氧氣繼續(xù)氧化為二氧化氮，隨后將二氧化氮通入水中制取硝酸．稀硝酸、濃硝酸、發(fā)煙硝酸的制取在工藝上各不相同．反應(yīng)在高溫高壓條件下進(jìn)行．同學(xué)乙認(rèn)為只要增大氧氣的含量，就可以直接氧化得到NO₂，再制備硝酸．請(qǐng)結(jié)合你所學(xué)習(xí)的化學(xué)知識(shí)，談?wù)剬?shí)際生產(chǎn)中的合理性．已知：2NO與O₂反應(yīng)生成2NO₂是可逆反應(yīng)．氨和空氣的混合氣在合金網(wǎng)的催化下，氨被氧化成一氧化氮（NO），氧氣繼續(xù)氧化為二氧化氮，反應(yīng)增大氧氣的含量，可以促使化學(xué)反應(yīng)正向移動(dòng)，從而提高硝酸的產(chǎn)率
（2）工業(yè)上，NaNH₂用于制取靛青染料；LiNH₂主要用于有機(jī)合成和藥物制造，是具有良好前景的儲(chǔ)氫材料．科學(xué)家在液氨中加入金屬鈉或金屬鋰制備NaNH₂和LiNH₂，試寫出制備LiNH₂反應(yīng)方程式：Li+2NH₃=LiNH₂+2H₂，NH₃表現(xiàn)氧化性．
（3）已知NH₃與Cl₂在一定條件下能發(fā)生反應(yīng)，其中N元素被氧化為游離態(tài)，實(shí)際反應(yīng)中其產(chǎn)物隨著n（NH₃）：n（Cl₂）的比發(fā)生變化，經(jīng)測(cè)定，產(chǎn)物中n（HCl）：n（NH₄Cl）=1：1時(shí)，則n（NH₃）：n（Cl₂）=5：3，整個(gè)反應(yīng)過(guò)程被氧化的N與未被氧化的N物質(zhì)的量之比為2：3結(jié)合以上信息，請(qǐng)寫出工業(yè)上檢驗(yàn)氯氣管道是否漏氣的方法及現(xiàn)象：取濃氨水灑于管道口，產(chǎn)生白煙，證明此處漏氣
（ II）二氧化氯（ClO₂）為一種黃綠色氣體，是國(guó)際上公認(rèn)的高效、廣譜、快速、安全的殺菌消毒劑．
（1）目前已開(kāi)發(fā)出用電解法制取ClO₂的新工藝．
①如圖示意用石墨做電極，在一定條件下電解飽和食鹽水制取ClO₂．寫出陽(yáng)極產(chǎn)生ClO₂的電極反應(yīng)式：Cl^--5e^-+2H₂O=ClO₂↑+4H⁺．
②電解一段時(shí)間，當(dāng)陰極產(chǎn)生的氣體體積為112mL（標(biāo)準(zhǔn)狀況）時(shí)，停止電解．通過(guò)陽(yáng)離子交換膜的陽(yáng)離子的物質(zhì)的量為0.01mol；用平衡移動(dòng)原理解釋陰極區(qū)pH增大的原因在陰極發(fā)生2H⁺+2e^-=H₂↑，H⁺濃度減小，使得H₂O?OH^-+H⁺的平衡向右移動(dòng)，OH^-濃度增大，pH增大．
（2）ClO₂對(duì)污水中CN^-有明顯的去除效果．某工廠污水中含CN^- a mg/L，現(xiàn)用ClO₂將CN^-氧化，只生成兩種常見(jiàn)氣體，其離子反應(yīng)方程式為2ClO₂+2CN^-=N₂↑+2CO₂↑+2Cl^-；處理100m³這種污水，至少需要ClO₂$\frac{50a}{13}$mol．

Answer 1

分析 （ I）、（1）根據(jù)化學(xué)平衡移動(dòng)原理：增加反應(yīng)物的濃度可以促使化學(xué)平衡正向移動(dòng)，從而增加反應(yīng)產(chǎn)物的量；
（2）根據(jù)信息：在液氨中加入金屬鈉或金屬鋰可以制備NaNH₂和LiNH₂來(lái)書寫化學(xué)方程式，據(jù)元素的化合價(jià)確定物質(zhì)的性質(zhì)；
（3）根據(jù)反應(yīng)物是氨氣和氯氣，產(chǎn)物是等物質(zhì)的量的氯化氫和氯化銨，結(jié)合元素守恒、質(zhì)量守恒來(lái)書寫方程式即可；被氧化的元素化合價(jià)升高，被還原的元素化合價(jià)降低，根據(jù)產(chǎn)物確定現(xiàn)象；
（ II）、（1）①由題意可知，氯離子放電生成ClO₂，由元素守恒可知，有水參加反應(yīng)，同時(shí)生成氫離子；
②在陰極發(fā)生2H⁺+2e^-=H₂↑，通過(guò)陽(yáng)離子交換膜的陽(yáng)離子為+1價(jià)離子，根據(jù)n=$\frac{V}{Vm}$計(jì)算氫氣的物質(zhì)的量，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒計(jì)算陽(yáng)離子的物質(zhì)的量，電解中H⁺濃度減小，使得H₂O?OH^-+H⁺的平衡向右移動(dòng)；
（2）ClO₂將CN^-氧化，只生成兩種氣體，應(yīng)生成氮?dú)馀c二氧化碳，同時(shí)生成氯離子；根據(jù)方程式計(jì)算需要ClO₂的物質(zhì)的量．

解答 解：（1）氨和空氣的混合氣在合金網(wǎng)的催化下，氨被氧化成一氧化氮（NO），增加氧氣的量，氧氣繼續(xù)氧化NO為二氧化氮，同時(shí)2NO與O₂反應(yīng)生成2NO₂是可逆反應(yīng)反應(yīng)，所以增大氧氣的含量，可以促使化學(xué)反應(yīng)正向移動(dòng)，從而提高硝酸的產(chǎn)率，
故答案為：氨和空氣的混合氣在合金網(wǎng)的催化下，氨被氧化成一氧化氮（NO），氧氣繼續(xù)氧化為二氧化氮，反應(yīng)增大氧氣的含量，可以促使化學(xué)反應(yīng)正向移動(dòng)，從而提高硝酸的產(chǎn)率．
（2）在液氨中加入金屬鋰，會(huì)發(fā)生反應(yīng)：Li+2NH₃=LiNH₂+2H₂，據(jù)此制備制備LiNH₂，氨氣中氫元素的化合價(jià)降低，所以是氧化劑，故答案為：Li+2NH₃=LiNH₂+2H₂；
氧化；
（3）NH₃與Cl₂在一定條件下能發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)物中n（HCl）：n（NH₄Cl）=1：時(shí)，根據(jù)電子守恒，得到發(fā)生的反應(yīng)為：5NH₃+3Cl₂=3HCl+3NH₄Cl+N₂，則n（NH₃）：n（Cl₂）=5：3，整個(gè)反應(yīng)過(guò)程被氧化的N與未被氧化的N物質(zhì)的量之比，2：3，工業(yè)上檢驗(yàn)氯氣管道是否漏氣的方法及現(xiàn)象：取濃氨水灑于管道口，產(chǎn)生白煙，證明此處漏氣，故答案為：5：3；2：3；取濃氨水灑于管道口，產(chǎn)生白煙，證明此處漏氣；
（ II）、（1）①由題意可知，氯離子放電生成ClO₂，由元素守恒可知，有水參加反應(yīng)，同時(shí)生成氫離子，電極反應(yīng)式為：Cl^--5e^-+2H₂O=ClO₂↑+4H⁺，
故答案為：Cl^--5e^-+2H₂O=ClO₂↑+4H⁺；
②在陰極發(fā)生2H⁺+2e^-=H₂↑，氫氣的物質(zhì)的量為$\frac{0.112L}{22.4L/mol}$=0.005mol，通過(guò)陽(yáng)離子交換膜的陽(yáng)離子為+1價(jià)離子，故交換膜的陽(yáng)離子的物質(zhì)的量為0.005mol×2=0.01mol，電解中陰極H⁺濃度減小，使得H₂O?OH^-+H⁺的平衡向右移動(dòng)，溶液的pH增大，
故答案為：0.01；在陰極發(fā)生2H⁺+2e^-=H₂↑，H⁺濃度減小，使得H₂O?OH^-+H⁺的平衡向右移動(dòng)，OH^-濃度增大，pH增大；
（2）ClO₂將CN^-氧化，只生成兩種氣體，應(yīng)生成氮?dú)馀c二氧化碳，同時(shí)生成氯離子，反應(yīng)離子方程式為：2ClO₂+2CN^-=N₂↑+2CO₂↑+2Cl^-，
100m³廢水中CN^-質(zhì)量=100m³×ag/m³=100ag，CN^-的物質(zhì)的量為$\frac{100ag}{26g/mol}$=$\frac{50a}{13}$mol，由方程式可知，至少需要ClO₂的物質(zhì)的量=$\frac{50a}{13}$mol，
故答案為：2ClO₂+2CN^-=N₂↑+2CO₂↑+2Cl^-；$\frac{50a}{13}$mol．

點(diǎn)評(píng) 本題考查氧化還原反應(yīng)、常用化學(xué)用語(yǔ)、電解原理、化學(xué)計(jì)算等，題目難度中等，電解反應(yīng)是難點(diǎn)、易錯(cuò)點(diǎn)，是對(duì)學(xué)生綜合能力的考查，需要學(xué)生具有扎實(shí)的基礎(chǔ)與分析解決問(wèn)題的能力．