- 硝酸在化学工业上的应用
- 共70题
下列物质的制备与工业生产相符的是（ ）
①NH3
②浓HCl
③MgCl2（aq）
④饱和NaCl（aq） 
⑤铝土矿
正确答案
解析
解：①工业上用氨气（NH3）制取硝酸（HNO3）的工业流程：NH3
②工业上制备漂白粉的工业流程：①NaCl溶液
③工业上制Mg的工业流程：MgC12溶液：MgCl2（aq）
④联合制碱法的工业流程：饱和NaCl（aq） 
⑤从铝土矿中提取铝的工业流程：铝土矿
故选A．
工业生产硝酸的流程图如下：
请回答下列问题：
（1）写出硝酸在工农业生产中的重要作用______（任写一条）．
（2）已知N2（g）+3H2（g）⇌2NH3（g）；△H=-92.4kJ•mol-1．请回答：
①当合成氨反应达到平衡后，改变某一外界条件（不改变N2、H2和NH3的量），反应速率与时间的关系如右图所示．图中tl时引起平衡移动的条件可能是______．
其中表示平衡混合物中NH3的含量最高的一段时间是______．
②温度为T℃时，将2a mol H2和a mol N2放入0.5L密闭容器中，充分反应后测得N2的转化率为50%．则该反应的化学平衡常数的为______．
（3）氨催化氧化的化学方程式为______，该反应是放热反应，当温度升高时，反应的化学平衡常数K值______（增大、减小、无影响）．
（4）今年“两会”后，党和国家更加重视环保．工业上常用纯碱溶液来吸收硝酸厂尾气中的二氧化氮，吸收产物中有亚硝酸钠、硝酸钠和二氧化碳，该化学方程式为______；还可以利用氢气在催化剂下把氮的氧化物还原为______和水．
正确答案
解析
解：（1）植物生长需氮元素，硝酸可以和氨气反应生成硝酸铵作肥料，有机合成中用硝酸制取硝基化合物，国防工业制炸药，工业生产中溶解金属，
故答案为：化肥、有机化工（染料、制药、照相材料、颜料、塑料、合成纤维）或者国防工业（炸药）；
（2）①N2（g）+3H2（g）⇌2NH3（g）该反应正反应为体积缩小的反应、放热反应，当合成氨反应达到平衡后，改变某一外界条件（不改变N2、H2和NH3的量），根据图象可知正反应比逆反应增加得快，说明平衡向正反应方向移动，能向正反应方向移动的有降温、增大压强，减小生成物浓度，但正反应和逆反应同时增大，不可能是降低温度和减小生成物浓度，只能是增大压强；图中t0-t1、t2-t3、t4-t5、t5-t6均已达到平衡，但t0-t1、t2-t3，是正向进行达到平衡，而t4-t5、t5-t6是逆向达到平衡，所以表示平衡混合物中NH3的含量最高的一段时间是t2-t3，
故答案为：增大压强；t2-t3；
②平衡常数指各生成物浓度的化学计量数次幂的乘积除以各反应物浓度的化学计量数次幂的乘积所得的比值；温度为T℃时，将2a mol H2和a mol N2放入0.5L密闭容器中，充分反应后测得N2的转化率为50%，物质浓度发生的变化如下：
N2（g）+3H2（g）⇌2NH3（g）
起始浓度（mol/L） 2a 4a 0
变化浓度（mol/L） a 3a 2a
平衡浓度（mol/L） a a 2a
该反应的平衡常数为：k=
故答案为：
（3）氨催化氧化的产物是一氧化氮和水，是工业生产硝酸获得一氧化氮的一步反应，化学方程式为4NH3+5O2
故答案为：4NH3+5O2
（4）纯碱和二氧化氮反应，生成亚硝酸盐、硝酸盐，根据化合价升降相等，配平反应的方程式，2NO2+Na2CO3=NaNO3+NaNO2+CO2；氢气和二氧化氮反应4H2+2NO2
故答案为：2NO2+Na2CO3=NaNO3+NaNO2+CO2；氮气．
如图是工业生产硝酸铵的流程．
（1）吸收塔C中通入空气的目的是______．A、B、C、D四个容器中的反应，属于氧化还原反应的是______（填字母）．
（2）已知：4NH3（g）+3O2（g）═2N2（g）+6H2O（g）△H=-1266.8kJ/mol
N2（g）+O2（g）═2NO（g）△H=+180.5kJ/mol
写出氨高温催化氧化的热化学方程式：______．
（3）已知：N2（g）+3H2（g）⇌2NH3（g）△H=-92kJ/mol．为提高氢气的转化率，宜采取的措施有______（填字母）．
A．升高温度 B．使用催化剂 C．增大压强 D．循环利用和不断补充氮气
（4）在一定温度和压强下，将H2和N2按3：1（体积比）在密闭容器中混合，当该反应达到平衡时，测得平衡混合气中NH3的气体体积分数为17.6%，求此时H2的转化率？（要有完整的计算过程，结果保留三位有效数字）
正确答案
解析
解：（1）吸收塔中涉及的反应有：2NO+O2═2NO2；3NO2+H2O═2HNO3+NO；4NO2+O2+H2O═4HNO3；为使NO充分氧化而生成硝酸，应通入过量空气；题中涉及的化学反应有：①N2+3H2⇌2NH3②4NH3+5O2 
其中①②③④⑤属于氧化还原反应，
故答案为：使NO充分氧化（或者“提高NO的转化率”）； ABC；
（2）已知：①4NH3（g）+3O2（g）=2N2（g）+6H2O（g）△H=-1266.8kJ/mol，
②N2（g）+O2（g）=2NO（g）△H=+180.5kJ/mol，
利用盖斯定律①-2×②可得：4NH3（g）+5O2（g） 
故答案为：4NH3（g）+5O2（g） 
（3）为提高氢气的转化率，应是反应向正反应方向移动，则可采取的措施有：增大压强、循环利用和不断补充氮气、及时分离出氨气，
故答案为：CD；
（4）设开始时H2的物质的量为3 mol，平衡时变化量为xmol
3H2 （g）+N2 （g）⇌2NH3（g）
起始量（mol） 3 1 0
变化量（mol） x 
平衡量（mol） 3-x 
则平衡时NH3的体积分数为：
解得x=0.9
∴H2转化率为：
（2016春•江西校级月考）工业上制取硝酸的主要流程图如图
（1）工业合成氨的原料是N2和H2．装置A的名称是______；其中N2可从空
气中分离出来，方法是先将空气______，然后______即可得到；
H2可以水和天然气为原料在催化剂作用下高温制取，其化学方程式为______．
（2）在原料气制备过程中混有的CO对催化剂有毒害作用，欲除去原料气中的CO，可通过反应CO（g）+H2O（g）═CO2（g）+H2（g）来实现．已知1100K时该反应的平衡常数K=0.64，若要使CO的转化率超过80%，则起始物中c（H2O）：c（CO）不低于______．
正确答案
解析
解：（1）工业合成氨的原料是N2和H2，合成氨的设备依次有：压缩机、合成塔、冷凝器、氨分离器、循环压缩机，装置A为合成塔，在其中为压缩的氮气和氢气反应生成氨气，反应原料N2可从空气中分离出来，方法是先将空气液化，然后蒸馏或控制N2的沸点加热蒸发，氮气先汽化，即可得到，水蒸气和甲烷反应生成一氧化碳和氢气，反应为：CH4+H2O（g） 
故答案为：合成塔；液化；蒸馏或控制N2的沸点加热蒸发；CH4+H2O（g）
（2）设CO的起始浓度为xmol，H2O的起始浓度为ymol，则转化的CO的最小值为0.8x，
CO（g）+H2O（g）⇌CO2（g）+H2（g）
起始 x y 0 0
变化 0.8x 0.8x 0.8x 0.8x
平衡 0.2x y-0.8x 0.8x 0.8x，
根据平衡常数列式：
解得：
故答案为：5.8．
NH3和HNO3是重要的工业产品，如图是合成氨和氨氧化制硝酸的工艺流程．
（1）合成塔中发生反应的化学方程式是______．
（2）氨分离器中压强约为15MPa，温度约为-20℃，分离氨应用了氨______的性质，从氨分离器中又回到合成塔中的物质是______．
（3）氧化炉中反生反应的化学方程式是______．
（4）尾气中的少量NO、NO2可以用NH3来处理，在催化剂作用下生成无污染的气体，写出NO2和NH3反应的化学方程式______．当有5.6LNO2被还原时，转移电子的物质的量为______mol．
（5）氧化炉中出来的气体，先降温再进入吸收塔，吸收塔中通入空气的作用是______．若进入吸收塔的气体的体积分数为NO210.0%，NO 1.32%，其余为N2、水蒸气等．当进入氧化炉中气体为10m3时，最少需要空气的体积为______m3．
正确答案
解析
解：（1）合成塔中氮气和氢气反应：3H2+N2
（2）合成氨反应是一个可逆反应，氨气极易挥发，氨分离器中压强约为15MPa，温度约为-20℃，分离氨应用了氨的易挥发性质，根据题干中的生产流程图知，经过氨的合成、氨的分离，分离出的是氨气，循环利用的为氮气和氢气的混合气，
故答案为：易挥发；N2、H2；
（3）氧化炉中发生的反应是氨的催化氧化反应，原理方程式为：4NH3+5O2
（4）NO2和NH3反应NH3中N元素的化合价由-3升高为0价，NO2中N元素的化合价由+4价降低为0价，生成氮气和水，反应方程式为：8NH3+6NO2
故答案为：1；
（5）氧化炉中出来的气体，先降温再进入吸收塔，吸收塔中通入空气发生反应2NO+O2=2NO2；4NO+3O2+2H2O=4HNO3；4NO2+O2+2H2O=4HNO3，所以通入空气作用为使NO2和NO全部转化为HNO3，进入吸收塔的气体的体积分数为NO210.0%，NO 1.32%，其余为N2、水蒸气等，当进入氧化炉中气体为10m3时，NO2体积为10m3×10%=0.1m3，需氧气：0.1m3×
故答案为：使NO2和NO全部转化为HNO3；1.66．
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