- 硝酸在化学工业上的应用
- 共70题
开学初，小源到建设银行营业网点兑换了此前在网上预约的中国高铁纪念币。这枚纪念币由中国人民银行发行，面额10元，每人限兑20枚，且需要提前预约。小源打算与班上同学分享自己的喜悦。他可以向大家这样介绍
①纪念币面额和实际购买力都是由中国人民银行规定的
②纪念币可以直接购买商品，也具有支付手段等货币职能
③纪念币发行量有限，具有一定的收藏价值和升值空间
④纪念币不能与同面额人民币等值流通，必须在规定时间地点使用
正确答案
解析
①错误，国家无权规定纪念币的实际购买力；④错误，纪念币与同面额人民币等值流通，在任何时间地点都可使用；由中国人民银行发行的纪念币属于法定货币，可以直接购买商品，也具有支付手段等货币职能，因其发行量有限，具有一定的收藏价值和升值空间，故②③正确。
知识点
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：（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．
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．
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：（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．
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．
工业上利用氨催化氧化法可制取硝酸，加入脱水剂后制得较高浓度的硝酸．以17吨氨作为原料，假设NH3全部转化为HNO3．
（1）写出NH3完全转化为HNO3的总化学反应方程式______
（2）生产过程中需加水吸收，如果与加入脱水剂后脱去水的量相等，则所得硝酸溶液的质量分数为多少？
（3）如果生产中同时制得50%的硝酸m1吨和90%的硝酸m2吨（脱去的水可循环使用，制得较低浓度的稀硝酸），若共加入27吨水，请问m1与m2的质量之比为多少？（要有简单的计算过程）
正确答案
（1）氨催化氧化法制硝酸的步骤：氨气催化氧化为一氧化氮、一氧化氮和氧气反应生成二氧化氮、二氧化氮和水反应生成硝酸，将以上步骤合并得到：NH3+2O2=HNO3+H2O，
故答案为：NH3+2O2=HNO3+H2O；
（2）根据化学方程式：NH3+2O2=HNO3+H2O，生产过程中需加水的量与加入脱水剂后脱去水的量相等，则硝酸的质量分数=
答：所得硝酸溶液的质量分数为77.8%；
（3）根据化学方程式：NH3+2O2=HNO3+H2O，同时制得50%的硝酸m1吨和90%的硝酸m2吨时，则
硝酸质量关系：0.5m1+0.9m2=63
水的质量关系：0.5m1+（1-0.9）m2=27+18
解得：m1=85.5吨、m2=22.5吨，
所以
答：m1与m2的质量之比为19：5．
工业上用氨气与空气的混合气在一定条件下制硝酸，发生的反应是：
①4NH3+5O2→4NO+6H2O
②4NO+3O2+2H2O→4HNO3
设空气中氧气的体积分数为0.20，氮气体积分数为0.80，请完成下列填空及计算：
（1）为使氨气恰好完全氧化为一氧化氮，氨气与空气的混合气中氨的体积分数（用小数表示）为______（保留2位小数）．
（2）现将1mol的氨气与12mol的空气混合反应，可得到硝酸______mol；
（3）向上述溶液中加入______mL 20%的硝酸（密度为1.11g/mL），才能得到69%的硝酸溶液．
（4）现有100mol的原料气，其中含氨气为xmol，反应后生成的硝酸ymol．在得到硝酸的条件下，写出x与y的关系式．（写出解题过程）
正确答案
（1）氨气恰好完全氧化为一氧化氮，发生反应4NH3+5O2→4NO+6H2O，氨气和氧气物质的量之比为4：5，即氨气和空气物质的量之比为4：（5÷0.2）=4：25，所以氨气所占体积分数即物质的量分数为
（2）将1mol的氨气与12mol的空气混合反应，12mol空气中含氧气2.4mol，根据NH3+2O2=HNO3+H2O可知氨气全部转化为硝酸，氧气过量，因此生成1molHNO3，1molH2O，故答案为：1；
（3）上述反应得到的硝酸溶液为1molHNO3，1molH2O，质量为81g，根据溶液中硝酸物质的量和加入硝酸物质的量之和为69%的硝酸溶液中所含硝酸溶质的物质的量，列式计算：设加入20%的硝酸体积为v，则根据溶质相等得63+v•1.11×20%=（81+v•1.11）×69%，解得v=13.07ml，故答案为：13.07；
（4）100ml混合气体中氨气为xmol，空气为（100-x）ml，氧气为0.2×（100-x）ml；
若按反应4NH3+5O2→4NO+6H2O进行，无硝酸生成，氨气与氧气按照4：5反应，则4：5=x：0.2×（100-x），x=
若恰好按反应NH3+2O2=HNO3+H2O进行，氨气全部转化为硝酸，氨气和氧气按照1：2进行，则1：2=x：0.2×（100-x），
x=
讨论：①当x≤
②当x≥
③当
答：①x≤
②
扫码查看完整答案与解析