- 硝酸在化学工业上的应用
- 共70题
工业上以氨气为原料制备硝酸的过程如图1所示：
某课外小组模拟上述部分过程设计了如图2所示实验装置制备硝酸（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，该装置中发生反应的化学方程式是2NO2+Na2CO3═NaNO2+______+______
（5）已知：温度低于21.15℃时，NO2几乎全部转变为N2O2．工业上可用N2O4与水反应来提高硝酸产率．N2O4与a气体在冷水中生成硝酸的化学方程式是______．
（6）一定条件下，某密闭容器中N2O4和NO2的混合气体达到平衡时，c（NO2）=0.500mol/L，c（N2O4）=0.125mol/L．则2NO2（g）⇌N2O4（g）的平衡常数K=______．若NO2起始浓度为2mol/L，相同条件下，NO2的最大转化率为______．
正确答案
（1）氨气的催化氧化反应方程式为：4NH3+5O2
（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；
（5）根据元素守恒和得失电子守恒分析，N2O4与水和氧气反应生成硝酸，反应方程式为：2N2O4+O2+2H2O=4HNO3，故答案为：2N2O4+O2+2H2O=4HNO3；
（6）根据平衡常数表达式计算，K=
设反应的NO2为xmol/L
2NO2（g）⇌N2O4（g）
起始浓度：2mol/L 0
反应浓度：x 
平衡浓度：2-x 
则 K=
HNO3是极其重要的化工原料．工业上制备HNO3采用NH3催化氧化法，将中间产生的NO2在密闭容器中多次循环用水吸收制备的．
（1）工业上用水吸收NO2生产硝酸，生成的尾气经过多次氧化、吸收的循环操作使其充分转化为硝酸（假定上述过程中无其它损失）．
①试写出上述反应的化学方程式______．
②设循环操作的次数为n次，试写出NO2→HNO3转化率a与循环次数n之间关系的数学关系式．______．
（2）用上述方法制备的HNO3为稀HNO3，将它用水稀释或蒸馏、浓缩可制得不同浓度的HNO3．实验证明：不同浓度的HNO3与同一金属反应可生成不同的还原产物．例如镁与硝酸反应实验中，测得其气相产物有H2、N2、NO、NO2，液液中有Mg（NO3）2、NH4NO3和H2O．生成这些产物的HNO3浓度范围为：H2：c＜6.6mol/L；N2和NH4+：c＜10.0mol/L；NO：0.10mol/L＜c＜10.0mol/L；NO2：c＞2.0mol/L．各气体产物成分及含量随HNO3的浓度变化曲线如图所示．
①写出Mg与12mol/L的HNO3反应的化学方程式______．
②480mgMg与0.50L4.0mol/L的HNO3充分反应，收集到112mL气体（SPT）．试通过计算写出反应化学方程式．______．
正确答案
（1）①NO2与水反应生成HNO3和NO，又NO能被O2氧化为NO2；所以上述反应的化学方程式为3NO2+H2O=2HNO3+NO，2NO+O2=2NO2；
故答案为：3NO2+H2O=2HNO3+NO，2NO+O2=2NO2；
②设起始时NO2物质的量为1 mol，经过nn次循环后生成HNO3的物质的量为：Sn=
故答案为：a=1-（
（2）①根据图象可知当硝酸浓度大于10.0mol/L时，气体产物只有NO2，Mg+HNO3→Mg（NO3）2+NO2↑+H2O，反应中HNO3→NO2，N元素从+5价降到+4价得到1个电子，
Mg→Mg（NO3）2，Mg元素从0价升到+2价失去2个电子，所以Mg的计量数为1，NO2的计量数为2，再根据原子守恒配平：Mg+4HNO3=Mg（NO3）2+2NO2↑+2H2O；
故答案为：Mg+4HNO3=Mg（NO3）2+2NO2↑+2H2O；
②480mg Mg与0.50L 4.0mol/L的HNO3充分反应，Mg的物质的量比较少为0.02mol，HNO3的物质的量为2mol，反应中硝酸过量，
由图象可知：nn（NO）：nn（N2）：n（NO2）：n（H2）=5：3：1：1，同时还原产物还有NH4+，
0.02molMg失去电子为0.04mol，反应生成气体为n=0.005mol，其中nn（NO）=0.005mol×
n（H2）=0.0005mol，则气体得到电子数为0.0025mol×3+0.0015mol×5×2+0.0005mol×1+0.0005mol×2=0.024mol，
则生成NH4+时N元素得到的电子为0.04mol-0.024mol=0.016，所以生成NH4+的量为0.016×
所以n（NO）：nn（N2）：n（NO2）：n（H2）：n（NH4+）：n（Mg）=5：3：1：1：4：40，
所以NO、N2、NO2、H2、NH4NO3、Mg的计量数分别为5、3、1、1、4、40，再由原子守恒得方程为：40Mg+100HNO3=5NO↑+3N2↑+H2↑+NO2↑+4NH4NO3+40Mg（NO3）2+41H2O；
故答案为：40Mg+100HNO3=5NO↑+3N2↑+H2↑+NO2↑+4NH4NO3+40Mg（NO3）2+41H2O．
某化学课外小组模拟工业生产制取HNO3，设计下图所示装置，其中a为一个可持续鼓入空气的橡皮球．
请回答下列问题：
（1）写出装置A中主要反应的化学方程式______．
（2）检查装置A的气密性：先将A中导管下端浸入水中，再______．
（3）已知1molNO2与液态水反应生成HNO3溶液和NO气体放出热量45.5kJ，写出该反应的热化学方程式______，该反应是一个可逆反应，欲要提高NO2的转化率，可采取的措施是______
A．升高温度 B．降低温度 C．增大压强 D．减小压强
（4）实验结束后，关闭止水夹b、c，将装置D浸入冰水中，现象是______．
（5）装置C中浓H2SO4的作用是______．
（6）请你帮助该化学小组设计实验室制取NH3的另一方案______（用化学反应方程式表示）．
正确答案
（1）装置为实验室制氨气的实验装置，目的是制取氨气，所以化学方程式为：2NH4Cl+Ca（OH）2
（2）气密性检查是：将A中导管下端浸入水中，用双手紧握大试管底部，导管口有气泡产生，双手离开，导管产生一段水拄，说明装置A不漏气；
故答案为：用双手紧握大试管底部，导管口有气泡产生，双手离开，导管产生一段水拄，说明装置A不漏气；
（3）1molNO2与液态水反应生成HNO3溶液和NO气体放出热量45.5kJ，热化学方程式为3NO2（g）+H2O（l）=2HNO3（aq）+NO（g）△H=-136.5kJ•mol-1，两种反应物，需加入一种物质的量来提高另一种物质的转化率，改变温度会改变平衡，对有气体参加的反应，改变压器平衡移动； 采取的措施：因反应是放热反应，所以降低温度平衡右移，二氧化氮转化率提高；反应前后气体体积减少，所以增大压强平衡右移，二氧化氮转化率提高；所以选BC；
故答案为：3NO2（g）+H2O（l）=2HNO3（aq）+NO（g）△H=-136.5kJ•mol-1；BC；
（4）制得的二氧化氮气体会转化为四氧化二氮，形成化学平衡 2NO2⇌N2O4，正向是放热反应，二氧化氮气体是红棕色，四氧化二氮是无色气体，所以放入冰中温度降低，平衡右移，混合气体颜色变浅；故答案为：颜色变浅；
（5）浓硫酸具有吸水性，可以干燥与之不反应的气体，同时吸收过量的氨气；故答案为：干燥气体，吸收多余的NH3；
（6）利用浓氨水分解制取氨气，或把浓氨水滴入固体氢氧化钠，发生反应为NH3•H2O 
故答案为：NH3•H2O 
（三选一）【化学与技术】
工业上制取硝酸铵的流程图如下，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）此生产过程中，N2与H2合成NH3所用的催化剂是__________________。1909年化学家哈伯在实验室首次合成了氨，2007年化学家格哈德·埃特尔在哈伯研究所证实了氢气与氮气在固体催化剂表面合成氨的反应过程，示意图如下：
（3）在合成氨的设备（合成塔）中，设置热交换器的目的是__________________；在合成硝酸的吸收塔中通入空气的目的是__________________。
（4）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：8NH3+6NO2
以上两种方法中，符合绿色化学的是___________________。
（5）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________%。
（6）硝酸铵是一种常用的氮肥，在贮存和使用该化肥时，把应注意的事项及理由填入下表。
正确答案
（1）氧化炉；4NH3+5O2
（2）铁砂网（或铁）；N2、H2被吸附在催化剂表面；在催化剂表面，N2、H2中化学键断裂
（3）利用余热，节约能源；可使NO循环利用，全部转化成HNO3（4）NH3还原法
（5）53
（6）①不能与碱性肥料混施；硝酸铵溶液呈酸性；②不能剧烈撞击；硝酸铵易爆炸（或不能在雨水较多的地区使用；硝酸铵吸水性强，易流失）
（三选一）【化学与技术】
工业上制取硝酸铵的流程图如下，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）此生产过程中，N2与H2合成NH3所用的催化剂是__________________。1909年化学家哈伯在实验室首次合成了氨，2007年化学家格哈德·埃特尔在哈伯研究所证实了氢气与氮气在固体催化剂表面合成氨的反应过程，示意图如下：
（3）在合成氨的设备（合成塔）中，设置热交换器的目的是__________________；在合成硝酸的吸收塔中通入空气的目的是__________________。
（4）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：8NH3+6NO2
以上两种方法中，符合绿色化学的是___________________。
（5）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________%。
（6）硝酸铵是一种常用的氮肥，在贮存和使用该化肥时，把应注意的事项及理由填入下表。
正确答案
（1）氧化炉；4NH3+5O2
（2）铁砂网（或铁）；N2、H2被吸附在催化剂表面；在催化剂表面，N2、H2中化学键断裂
（3）利用余热，节约能源；可使NO循环利用，全部转化成HNO3（4）NH3还原法
（5）53
（6）①不能与碱性肥料混施；硝酸铵溶液呈酸性；②不能剧烈撞击；硝酸铵易爆炸（或不能在雨水较多的地区使用；硝酸铵吸水性强，易流失）
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