- 硝酸在化学工业上的应用
- 共70题
硝酸钠为无色透明或淡黄色菱形晶体，主要用于制造硝酸钾、炸药、苦味酸和其他硝酸盐．其生产方法主要有硝酸尾气吸收法、离子交换法、中和法和复分解法．
（1）硝酸尾气吸收法是利用碱溶液吸收汽车尾气，该方法的优点是______．
（2）使用复分解法制备硝酸钠的流程如下：
①反应器和除钙器中发生反应的化学方程式分别为：______；______．
②酸化槽中，应加硝酸调节pH=______，才能使杂质除去，又减少硝酸的浪费；为提高酸化除杂的效率，除了适当提高硝酸浓度外，还可以采取的措施是______．
③研究生产过程中水、硫酸钠、碳酸钠的用量与硝酸钠浸出率之间的关系，其中水加入量对硝酸钠浸出率的影响的实验结果见下表：
从表中得出结论，在实际生产中水和硝酸钙的比为1：1时最佳，你觉得原因是：______．
（3）用硝酸钠、木炭、硫磺也可以制得威力巨大的火药，爆炸时产生一种单质，一种氧化物以及一种金属硫化物，其中，除硝酸钠之外，另外一种氧化剂和还原剂的比为1：3，请写出该反应的方程式______．
（4）硝酸钠在加热条件下发生分解产生亚硝酸钠（NaNO2），某同学进行该实验得到粗产品，取2.000g产品配成l00.00mL溶液，取25.00mL溶液，用0．l000mol/L的酸性高锰酸钾溶液进行滴定，重复实验4次，平均消耗酸性高锰酸钾溶液的体积为19.50mL，则粗产品中亚硝酸钠的质量百分含量为为______．
（摩尔质量：NaNO2-69g/mol）
正确答案
解：（1）硝酸尾气吸收法是利用碱溶液吸收汽车尾气，有利于对尾气进行回收利用，减小大气污染，故答案为：对尾气进行回收利用，减小污染；
（2）①洗涤液中碳酸钠和硫酸钠与硝酸钙发生复分解反应，生成难溶的碳酸钙和硫酸钙，反应方程式为：Ca（NO3）2+Na2SO4=CaSO4↓+2NaNO3，Na2CO3+Ca（NO3）2=CaCO3↓+2NaNO3，故答案为：Ca（NO3）2+Na2SO4=CaSO4↓+2NaNO3；Na2CO3+Ca（NO3）2=CaCO3↓+2NaNO3；
②为减少硝酸的浪费，所以的硝酸盐呈中性，所以应加硝酸调节溶液呈中性，所以调节pH=7；可通过提高硝酸浓度、增加接触面积和升高反应液的温度来加快化学反应速率，则可以搅拌、适当升高温度，故答案为：7；可以搅拌、适当升高温度；
③由表可知水的比重越小，浸出率越低，水的比重越大浸出率越高，但加水多后续蒸发要消耗大量的热能，故答案为：加水太少，硝酸钠浸出率低；加水太多，蒸发结晶时耗费太多能源，导致成本提高；
（3）用硝酸钠、木炭、硫磺也可以制得威力巨大的火药，爆炸时产生一种单质是氮气，一种氧化物是二氧化碳以及Na2S，其中，除硝酸钠之外，另外一种氧化剂硫和还原剂碳的物质的量之比为1：3，所以方程式为：2NaNO3+S+3C=Na2S+N2↑+3CO2↑，故答案为：2NaNO3+S+3C=Na2S+N2↑+3CO2↑；
（4）KMnO4溶液可将NO2-氧化为NO3-，MnO4-还原成Mn2+，所以发生反应为：
2KMnO4 ～～～～～～～5NaNO2，
2 5
0．l000mol/L×19.50×10-3L n（NaNO2）
n（NaNO2）=
故答案为：67.27%．
解析
解：（1）硝酸尾气吸收法是利用碱溶液吸收汽车尾气，有利于对尾气进行回收利用，减小大气污染，故答案为：对尾气进行回收利用，减小污染；
（2）①洗涤液中碳酸钠和硫酸钠与硝酸钙发生复分解反应，生成难溶的碳酸钙和硫酸钙，反应方程式为：Ca（NO3）2+Na2SO4=CaSO4↓+2NaNO3，Na2CO3+Ca（NO3）2=CaCO3↓+2NaNO3，故答案为：Ca（NO3）2+Na2SO4=CaSO4↓+2NaNO3；Na2CO3+Ca（NO3）2=CaCO3↓+2NaNO3；
②为减少硝酸的浪费，所以的硝酸盐呈中性，所以应加硝酸调节溶液呈中性，所以调节pH=7；可通过提高硝酸浓度、增加接触面积和升高反应液的温度来加快化学反应速率，则可以搅拌、适当升高温度，故答案为：7；可以搅拌、适当升高温度；
③由表可知水的比重越小，浸出率越低，水的比重越大浸出率越高，但加水多后续蒸发要消耗大量的热能，故答案为：加水太少，硝酸钠浸出率低；加水太多，蒸发结晶时耗费太多能源，导致成本提高；
（3）用硝酸钠、木炭、硫磺也可以制得威力巨大的火药，爆炸时产生一种单质是氮气，一种氧化物是二氧化碳以及Na2S，其中，除硝酸钠之外，另外一种氧化剂硫和还原剂碳的物质的量之比为1：3，所以方程式为：2NaNO3+S+3C=Na2S+N2↑+3CO2↑，故答案为：2NaNO3+S+3C=Na2S+N2↑+3CO2↑；
（4）KMnO4溶液可将NO2-氧化为NO3-，MnO4-还原成Mn2+，所以发生反应为：
2KMnO4 ～～～～～～～5NaNO2，
2 5
0．l000mol/L×19.50×10-3L n（NaNO2）
n（NaNO2）=
故答案为：67.27%．
（1）氨气催化氧化的化学方程式为______
（2）某工厂排出的尾气中NOx的含量为0.56%（体积分数），用氨气可以将其转化为无害气体，发生的反应为：6NOx+4xNH3=（3+2x）N2+6xH2O 若处理1×104L（标准状况）该尾气需42.5gNH3，则x=______．
（3）NO和CO都是汽车尾气中的有害物质，必须进行处理．为避免污染，常给汽车安装尾气净化装置．净化装置里装有催化剂，气体在催化剂表面吸附与解吸作用的机理如右图所示．写出净化过程中的总化学反应方程式：______．
正确答案
解：（1）NH3与过量O2在催化剂、加热条件下发生反应生成一氧化氮和水，反应方程为：4NH3+5O2
故答案为：4NH3+5O2
（2）1×104L尾气中NOx的体积为：1×104L×0.56%=56L，标准状况下NOx的物质的量为
故答案为：1.5；
（3）由图可知，NO2为中间产物，反应物为NO、O2、CO，产物为CO2、N2，反应方程式为2NO+O2+4CO=4CO2+N2；
故答案为：2NO+O2+4CO
解析
解：（1）NH3与过量O2在催化剂、加热条件下发生反应生成一氧化氮和水，反应方程为：4NH3+5O2
故答案为：4NH3+5O2
（2）1×104L尾气中NOx的体积为：1×104L×0.56%=56L，标准状况下NOx的物质的量为
故答案为：1.5；
（3）由图可知，NO2为中间产物，反应物为NO、O2、CO，产物为CO2、N2，反应方程式为2NO+O2+4CO=4CO2+N2；
故答案为：2NO+O2+4CO
（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：（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．
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．
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：（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：
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：
工业上硝酸的制备和自然界中硝酸的生成既有相同之处，又有区别．路线①②③是工业生产硝酸的主要途径，路线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ是雷电高能固氮过程中硝酸的生成途径．
（1）写出N2的一种用途______．
（2）实验室制取物质NH3的化学方程式为______．
（3）写出工业制硝酸第③步反应化学方程式______．
（4）硝酸是一种强氧化性、腐蚀性的强酸，其还原产物因硝酸浓度的不同而有变化，从总体上说，硝酸浓度越高，平均每分子硝酸得到的电子数越少，浓硝酸的还原产物主要为NO2，稀硝酸的还原产物主要为NO． 实验室中，常用Cu与浓HNO3反应制取NO2，用Cu与稀HNO3反应制取NO．
（ⅰ）请写出实验室中用Cu与浓HNO3反应制取NO2的化学方程式：______．该反应中发生氧化反应的物质是______，1mol氧化剂______（填“得到”或“失去”）______ mol电子．
（ⅱ）48.0g Cu与适量的浓HNO3反应，铜全部溶解后，共收集到标准状况下22.4L的气体（NO2和NO的混合气体），反应中消耗HNO3的物质的量是______
A．1.5mol B．2.0mol C．2.5mol D．3.0mol
（ⅲ）实际上硝酸不仅可被还原为NO2或NO，浓度更稀时硝酸还可以被还原为N2O、N2、NH4NO3等．请将3种物质：FeSO4、Fe（NO3）3和Fe2（SO4）3分别填入下面对应的横线上，组成一个未配平的化学方程式．
HNO3+______+______+N2O↑+H2O
写出对应离子方程式______．
正确答案
解：（1）由于氮气的化学性质比较稳定，焊接金属时可以用氮气做保护气，储存粮食时也可以用氮气代替空气，避免粮食变质，工业合成氨中以氮气为原料，
故答案为：做保护气（或保存粮食、制氨气等）；
（2）实验室中用氢氧化钙与氯化铵加热反应生成氯化钙、氨气和水，反应方程式为：Ca（OH）2+2NH4Cl
故答案为：Ca（OH）2+2NH4Cl
（3）工业制硝酸第③步反应为二氧化氮与水反应生成硝酸，反应的化学方程式为：3NO2+H2O=2HNO3+NO，
故答案为：3NO2+H2O=2HNO3+NO；
（4）（ⅰ）铜与浓硝酸反应生成硝酸铜、二氧化氮与水，反应方程式为：Cu+4HNO3（浓）=Cu（NO3）2+2NO2↑+2H2O；
反应中Cu元素化合价升高，发生氧化反应，硝酸是氧化剂，获得电子，其化合价由+5降低为+4，故1mol硝酸完全其氧化剂作用，转移电子为1mol，
故答案为：Cu+4HNO3（浓）=Cu（NO3）2+2NO2↑+2H2O；Cu；得到； 1；
（ⅱ）铜和硝酸反应，随着浓度的减少，硝酸的还原产物的价态越低，铜和浓硝酸反应生成NO2，而与稀硝酸反应时则生成NO，故生成的气体可能只有NO2或NO2和NO混合物，由于每个气体分子都含有1个N原子，故气体的物质的量等于被还原的硝酸的物质的量，
n（气体）=
n（Cu）=
则参加反应的硝酸的物质的量为：1.0mol+1.5mol=2.5mol，
故答案为：C；
（ⅲ） 所给的物质组合中，HNO3中氮元素化合价位于最高价，具有氧化性，对应还原产物为NO2，能将还原性的FeSO4氧化为Fe2（SO4）3，根据氢原子守恒，水在生成物中，配平后发生的反应为：30HNO3+24FeSO4=8Fe（NO3）3+8Fe2（SO4）3+3N2O+15H2O，改写成离子方程式为：8Fe2++2NO3-+10H+=8Fe3++N2O↑+5H2O，
故答案为：FeSO4；→Fe（NO3）3+Fe2（SO4）3；8Fe2++2NO3-+10H+=8Fe3++N2O↑+5H2O．
解析
解：（1）由于氮气的化学性质比较稳定，焊接金属时可以用氮气做保护气，储存粮食时也可以用氮气代替空气，避免粮食变质，工业合成氨中以氮气为原料，
故答案为：做保护气（或保存粮食、制氨气等）；
（2）实验室中用氢氧化钙与氯化铵加热反应生成氯化钙、氨气和水，反应方程式为：Ca（OH）2+2NH4Cl
故答案为：Ca（OH）2+2NH4Cl
（3）工业制硝酸第③步反应为二氧化氮与水反应生成硝酸，反应的化学方程式为：3NO2+H2O=2HNO3+NO，
故答案为：3NO2+H2O=2HNO3+NO；
（4）（ⅰ）铜与浓硝酸反应生成硝酸铜、二氧化氮与水，反应方程式为：Cu+4HNO3（浓）=Cu（NO3）2+2NO2↑+2H2O；
反应中Cu元素化合价升高，发生氧化反应，硝酸是氧化剂，获得电子，其化合价由+5降低为+4，故1mol硝酸完全其氧化剂作用，转移电子为1mol，
故答案为：Cu+4HNO3（浓）=Cu（NO3）2+2NO2↑+2H2O；Cu；得到； 1；
（ⅱ）铜和硝酸反应，随着浓度的减少，硝酸的还原产物的价态越低，铜和浓硝酸反应生成NO2，而与稀硝酸反应时则生成NO，故生成的气体可能只有NO2或NO2和NO混合物，由于每个气体分子都含有1个N原子，故气体的物质的量等于被还原的硝酸的物质的量，
n（气体）=
n（Cu）=
则参加反应的硝酸的物质的量为：1.0mol+1.5mol=2.5mol，
故答案为：C；
（ⅲ） 所给的物质组合中，HNO3中氮元素化合价位于最高价，具有氧化性，对应还原产物为NO2，能将还原性的FeSO4氧化为Fe2（SO4）3，根据氢原子守恒，水在生成物中，配平后发生的反应为：30HNO3+24FeSO4=8Fe（NO3）3+8Fe2（SO4）3+3N2O+15H2O，改写成离子方程式为：8Fe2++2NO3-+10H+=8Fe3++N2O↑+5H2O，
故答案为：FeSO4；→Fe（NO3）3+Fe2（SO4）3；8Fe2++2NO3-+10H+=8Fe3++N2O↑+5H2O．
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