Question

氨、硝酸、硝酸銨、硝酸銅是重要的化工產品．工業(yè)合成氨與制備硝酸一般可連續(xù)生產，流程如流程圖：

請回答下列問題：
（1）吸收塔中通入空氣的作用是

 

．下列可以代替硝酸鎂加入到蒸餾塔中的是

 

．
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：

 

、

 

．
（3）在氧化爐里，催化劑存在時氨氣和氧氣反應：4NH₃+5O₂═4NO+6H₂O 4NH₃+3O₂═2N₂+6H₂O
在不同溫度時生成產物如圖一所示．在氧化爐里，反應溫度通�？刂圃�800℃～900℃的理由是

 

．
（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

 

，需補充氨氣的理由是

 

．
（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量為

 

 g．

Answer 1

考點：工業(yè)制取硝酸,化學方程式的有關計算,電解原理

專題：

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，結合電極方程式解答該題．
（5）根據達到平衡時，c（NO₂）=0.0400mol/L，c（N₂O₄）=0.0100mol/L，求出5L混合氣體中N₂O₄和NO₂的物質的量，然后根據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的量，即可求出生成光譜純硝酸銅晶體的物質的量和質量．

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，副產物N₂的產率較低，而NO的產率很高，故答案為：800～900℃時副產物N₂的產率較低，NO的產率很高；
（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，陽極產生的NO₃^-的物質的量大于陰極產生的NH₄⁺的物質的量，總反應方程式為：8NO+7H₂O

電解  .

3NH₄NO₃+2HNO₃，補充氨氣能將電解過程中生成的硝酸轉化為硝酸銨，
故答案為：8NO+7H₂O

電解  .

3NH₄NO₃+2HNO₃，能電解過程中生成的硝酸轉化為硝酸銨；
（5）根據達到平衡時，c（NO₂）=0.0400mol/L，c（N₂O₄）=0.0100mol/L，故5L混合氣體中的NO₂的物質的量n=CV=0.04mol/L×5L=0.2mol，N₂O₄的物質的量n=CV=0.01mol/L×5L=0.05mol．
設反應掉的銅的物質的量為Xmol，根據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的量等于硝酸得到的電子的物質的量，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的物質的量為0.15mol，故質量m=nM=0.15mol×242g/mol=36.3g，
故答案為：36.3g．

點評：本題考查了硝酸的工業(yè)制法和根據得失電子數(shù)守恒來解題，綜合性較強，難度適中．