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题型:简答题
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简答题

工业上以氨气为原料(铂铑合金网为催化剂)催化氧化法制硝酸的过程如下:

(1)已知反应一经发生,铂铑合金网就会处于红热状态.写出氨催化氧化的化学方程式:______.当温度升高时,化学平衡常数K值______(填“增大”、“减小”或“不变”)

(2)硝酸厂尾气常用的处理方法是催化还原法:催化剂存在时用H2将NO2还原为N2

已知:2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)△H=a kJ•mol-1

N2(g)+2O2(g)=2NO2(g)△H=b kJ•mol-1

H2O(l)=H2O(g)△H=c kJ•mol-1

则反应2NO2(g)+4H2(g)=N2(g)+4H2O(l)的△H=______.(用a、b、c表示)

(3)①氨气是制取硝酸的重要原料,合成氨反应的化学方程式为N2+3H22NH3,该反应在固定容积的密闭容器中进行.下列各项标志着该反应达到化学平衡状态的是______(填序号)

A.容器内N2、H2、NH3的浓度之比为1:3:2

B.3v(N2)=v(H2

C.容器内压强保持不变

D.混合气体的密度保持不变

E.1mol N≡N键断裂,同时1mol H-H键断裂

②若在恒温条件下,将N2与H2按一定比例混合通入一个容积为2L的固定容积的密闭容器中,5min后反应达平衡,n(N2)=1mol,n(H2)=1mol,n(NH3)=2mol,则反应速率v(N2)=______,平衡常数K=______.若保持容器的温度和容积不变,将上述平衡体系中的混合气体的浓度增大1倍,则平衡______(填“向左”、“向右”或“下”)移动.平衡常数K______(填“变大”“变小”“不变”)

正确答案

解析

解:(1)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反应,化学方程式为4NH3+5O24NO+6H2O.平衡常数K=,已知反应一经发生,铂铑合金网就会处于红热状态.可知反应是放热反应,随着温度的升高,K减小,故答案为:4NH3+5O24NO+6H2O,减小;

(2)已知:

①2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)△H=a kJ•mol-1

②N2(g)+2O2(g)=2NO2(g)△H=b kJ•mol-1

③H2O(l)=H2O(g)△H=c kJ•mol-1

则反应2NO2(g)+4H2(g)=N2(g)+4H2O(l)的△H,由盖斯定律可知,①×2-②-4×③得△H=(2a-b-4c)kJ/mol,故答案为:(2a-b-4c)kJ/mol;

(3)①A.反应平衡时各物质的浓度是否相等,取决于起始时各物质的量的关系和转化的程度,故A错误;

B.反应达到平衡时,正逆反应速率相等,3v(N2)=v(H2),v(N2)表示消耗N2的速率,v(H2)表示生成H2的速率,且v(N2):v(H2)=1:3,充分说明向两个相反方向进行的程度相当,故B正确;

C.该反应是反应前后气体体积有变化的反应,所以达到平衡状态时,正逆反应速率相等,平衡时各种物质的物质的量、浓度等不再发生变化,该容器中的压强不再变化时,反应达到平衡状态,故C正确;

D.根据质量守恒,反应前后混合气体的质量不变,容器的体积不变,所以混合气体的密度始终不变,不能证明该反应是否达到平衡状态,故D错误;

E.无论反应是否达到平衡状态,只要断裂1mol N≡N键断裂同时,就断裂3molH-H键,故E错误;故选B、C;

②5分钟后反应达平衡时,n(N2)=1mol,n(H2)=1mol,n (NH3)=1mol,

设参加反应的氮气的物质的量为x,则参加反应的氢气的物质的量为3x,则

  N2 +3H2 ⇌2NH3

1     3        2

x     3x      2mol   

x=1mol,反应速率V(N2)═=0.1mol/(L•min),平衡时的浓度分别为c(N2)=0.5mol/L、c(H2)=0.5mol/L,c (NH3)=1mol/L,则平衡常数K==16;上述平衡体系中的混合气体的浓度增大1倍,相当于缩小体积,则压强增大,化学平衡正向移动,即向右移动;化学平衡常数只与温度有关,与物质的浓度无关;故答案为:0.1mol/(L•min),16,向右,不变;

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简答题

氨氧化法是工业生产中制取硝酸的主要途径,某同学用该原理在实验室探究硝酸的制备和性质,设计了如图1所示的装置.

(1)若分液漏斗中氨水的浓度为9.0mol•L-1,配制该浓度的氨水100mL,用到的玻璃仪器有100mL容量瓶、烧杯、玻璃棒、______

(2)甲装置不需要加热即能同时产生氨气和氧气,烧瓶内固体X的名称为______

(3)乙装置的作用是______;写出受热时丙装置发生反应的化学方程式为______

(4)当戊中观察到______现象,则说明已制得硝酸.某同学按上图组装仪器并检验气密性后进行实验,没有观察到此现象,请分析实验失败的可能原因______

(5)为测定试管丁内硝酸溶液的浓度,从中取10mL溶液于锥形瓶中,用0.1mol•L-1的NaOH溶液滴定.滴定前发现滴定管尖嘴处有少量气泡,请从图2中选择排出气泡的正确操作是______

正确答案

解析

解:(1)量取浓氨水要用量筒,稀释浓氨水要用烧杯、玻璃棒,配制溶液要用100mL容量瓶,胶头滴管,

故答案为:胶头滴管、量筒;

(2)甲装置不需要加热即能同时产生氨气和氧气,说明固体X溶于氨水即放热又产生氧气,则该固体为过氧化钠,

故答案为:过氧化钠;

(3)乙装置为干燥管,作用是干燥氧气和氨气的混合气体;丙装置发生反应的化学方程式为4NH3+5O24NO+6H2O,

故答案为:干燥氧气和氨气的混合气体; 4NH3+5O24NO+6H2O;

(4)因为硝酸具有酸性,能使紫色石蕊试液变红,所以当戊中观察到紫色石蕊试液变红,说明已制得硝酸;没有观察到现象说明溶液不呈酸性,则生成的硝酸与过量的氨气发生了反应;在丙和丁之间连接盛有无水氯化钙的干燥管或盛有浓硫酸的洗气瓶除去多余的氨气确保戊溶液呈酸性,

故答案为:紫色石蕊试液变红;过量的氨气致使戊中溶液不一定呈酸性;在丙和丁之间连接盛有无水氯化钙的干燥管或盛有浓硫酸的洗气瓶;

(5)用0.1mol•L-1的NaOH溶液滴定选择碱式滴定管,图2中a、c都为酸式滴定管,滴定前发现滴定管尖嘴处有少量气泡,排出气泡的正确操作是b,

故答案为:b.

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简答题

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

解析

解:(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=0.14,故答案为:0.14;

(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≤时只发生4NH3+5O2→4NO+6H2O,无硝酸生成;

②当x≥,氨气全部生成硝酸;

③当≤x≤时,发生反应4NH3+5O2→4NO+6H2O,剩余的氧气再发生反应4NO+3O2+2H2O→4HNO3,根据反应4NH3+5O2→4NO+6H2O求的xmolNH3需要氧气x,剩余氧气0.2×(100-x)-x,根据反应4NO+3O2+2H2O→4HNO3,3O2~4HNO3,得到3:4=[0.2×(100-x)-x]:y,计算得:y=-

答:①x≤,y=x  

<x<,y=-

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简答题

工业上以氨气为原料制备硝酸的过程如图1:

某课外小组模拟上述部分过程设计了如图2装置制备硝酸(所有橡胶制品均已被保护).

(1)工业上用氨气制取NO的化学方程式是______

(2)连接好该装置后,首先进行的操作是______

(3)通入a气体的目的是______

(4)盛有Na2CO3溶液的烧杯为尾气处理装置,该装置中反应的化学反应方程式是2NO2+Na2CO3═NaNO2+______+______

正确答案

解析

解:(1)工业上用氨气的催化氧化制取NO,反应方程式为:4NH3+5O24NO+6H2O,

故答案为:4NH3+5O24NO+6H2O;

(2)连接好装置后先要检验装置的气密性,当装置气密性良好才能进一步进行实验,

故答案为:检验装置的气密性;

(3)二氧化氮通入水中会生成硝酸和一氧化氮,再通氧气可以使一氧化氮转化为二氧化氮从而提高了NO2的转化率,

故答案为:提高NO2的转化率;

(4)根据元素守恒和得失电子守恒分析,2NO2和水反应生成硝酸,硝酸与碳酸钠反应生成硝酸钠和二氧化碳,

其反应方程为:2NO2+Na2CO3═NaNO2+NaNO3+CO2

故答案为:NaNO3、CO2

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简答题

工业上制取硝酸铵的流程图如图,请回答下列问题:

(1)在上述工业制硝酸的生产中,B设备的名称是______,其中发生反应的化学方程式为______

(2)在合成硝酸的吸收塔中通入空气的目的是______

(3)生产硝酸的过程中常会产生一些氮的氧化物,可用如下两种方法处理:

碱液吸收法:NO+NO2+2NaOH═2NaNO2+H2O

NH3还原法:______NH3+______NO2N2+______H2O

①配平上述反应方程式;

②以上两种方法中,符合绿色化学的是______

(4)某化肥厂用NH3制备NH4NO3.已知:由NH3制NO的产率是96%、NO制HNO3的产率是92%,则制HNO3,所用去的NH3的质量占总耗NH3质量(不考虑其它损耗)的______%.

正确答案

解析

解:(1)在上述工业制硝酸的生产中,B设备是进行氨的催化氧化反应,在氧化炉中进行;发生反应的方程式为:4NH3+5O24NO+6H2O,

故答案为:氧化炉;4NH3+5O24NO+6H2O;

(2)在合成硝酸的吸收塔中通入足量空,确保有充足的氧气可使NO循环利用,全部转化成HNO3

故答案为:可使NO循环利用,全部转化成HNO3

(3)①氨气分子中N元素的化合价为-3价,二氧化氮中N元素的化合价为+4价,氮气中N元素化合价为0价,氨气生成氮气,化合价升高3价,二氧化氮生成氮气,化合价降低4价,则化合价变化的最小公倍数为12,则氨气的系数4,二氧化氮的系数为3,由于氮气为双原子分子,则氨气的系数应该为8,二氧化氮的系数为6,然后根据质量守恒定律配平,配平后的反应为:8NH3+6NO27N2+12H2O,

故答案为:8;6;7;12;

②绿色化学是要求反应对环境无污染、原子利用率高等优点,所以NH3还原法符合绿色化学,

故答案为:NH3还原法;

(4)根据氮原子守恒可知,NH3~NO~HNO3

则1mol氨气可得到硝酸的物质的量为:1mol×96%×92%=0.8832mol,

根据HNO3+NH3═NH4NO3可知反应消耗的氨气的物质的量为:0.8832mol,

氨气的质量之比等于物质的量之比,

则制HNO3所用去的NH3的质量占总耗NH3质量的百分数为:×100%≈53.1%,

故答案为:53.1.

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