Question

（16分）氨、硝酸、硝酸铵、硝酸铜是重要的化工产品。工业合成氨与制备硝酸一般可连续生产，流程如下：

请回答下列问题：

（1）吸收塔中通入空气的作用是                 。

下列可以代替硝酸镁加入到蒸馏塔中的是         。

A．浓硫酸       B．氯化钙     C．生石灰     D．硝酸亚铁

（2）制硝酸尾气中的氮氧化物常用尿素[CO(NH₂)₂]作为吸收剂，其主要的反应为：NO、NO₂混合气与水反应生成亚硝酸，亚硝酸再与尿素[CO(NH₂)₂]反应生成CO₂ 和N₂，请写出反应的化学方程式      、        。

（3）在氧化炉里，催化剂存在时氨气和氧气反应：

4NH₃ + 5O₂4NO + 6H₂O 4NH₃ + 3O₂2N₂+ 6H₂O

在不同温度时生成产物如图一所示。在氧化炉里，反应温度通常控制在800℃~900℃的理由是      。

         

（4）如图二所示装置可用于电解NO制备 NH₄NO₃，电解总反应方程式为         ，需补充氨气的理由是                  。

（5）工业上通常用铜与浓硝酸反应制得光谱纯硝酸铜晶体（化学式为Cu(NO₃)₂·3H₂O，摩尔质量为242g/mol）。已知：25℃、1.01×10⁵ Pa时，在密闭容器发生反应：2NO₂N₂O₄，达到平衡时，c(NO₂)=0.0400 mol/L，c(N₂O₄)=0.0100 mol/L。

现用一定量的Cu与足量的浓高纯度硝酸反应，制得5.00 L已达到平衡的N₂O₄和NO₂的混合气体（25℃、1.01×10⁵ Pa），理论上生成光谱纯硝酸铜晶体的质量为________ g。

Answer

（1）将NO、NO2等氧化为硝酸(2分) A (2分)

（2）NO＋NO2＋H2O＝2HNO2 (2分) CO(NH2)2＋2HNO2＝CO2＋2N2＋3H2O (2分)

（3）800~900℃时副产物N2的产率较低，NO的产率很高。（或低于800℃副产物N2的产率较高，高于900℃时NO的产率反而很快降低） (2分)

（4）8NO+7H2O 3NH4NO3+2HNO3 (2分)将电解过程中生成的硝酸转化为硝酸铵(2分)

（5） 36.3 (2分)

【解析】

试题分析：（1）氮气与氢气在合成塔内合成氨气，氨气在氧化炉中被氧化为NO、NO2；气体进入吸收塔内与水发生产生硝酸，若向吸收塔中通入空气，就可以使NO、NO2等氧化为硝酸；这样产生的硝酸浓度较小，一般是向硝酸溶液中加入硝酸镁，然后蒸馏就可以产生浓硝酸。若用其它物质代替硝酸镁，除了具有显酸性外，还应该不能与硝酸发生反应，不引入新的杂质，具有条件的只有浓硫酸，选项是A；（2）制硝酸尾气中的氮氧化物常用尿素[CO(NH2)2]作为吸收剂，其主要的反应为NO＋NO2＋H2O＝2HNO2，CO(NH2)2＋2HNO2＝CO2＋2N2＋3H2O；（3）在氧化炉里，催化剂存在时氨气和氧气反应： 4NH3 + 5O24NO + 6H2O 4NH3 + 3O22N2+ 6H2O。根据图像可知:在温度是200~600℃氧化产物主要是 N2，在在800℃~900℃氧化产物主要是 NO，副产物N2的产率较低；这样可以得到更多的产品；（4）根据图示可知NO被氧化为NO3-，被还原变为NH4+，氧化产物与还原错误二者结合形成NH4NO3，电解总反应方程式为8NO+7H2O 3NH4NO3+2HNO3，在电解过程中需不断补充氨气是物理将电解过程中生成的硝酸转化为硝酸铵；（5）一定量的Cu与足量的浓高纯度硝酸反应，制得5.00 L已达到平衡的N2O4和NO2的混合气体（25℃、1.01×105 Pa），由于在25℃、1.01×105 Pa时，在密闭容器发生反应：2NO2N2O4，达到平衡时，c(NO2)=0.0400 mol/L，c(N2O4)=0.0100 mol/L。则产生的气体的物质的量分别是：n(NO2)= 0.0400 mol/L×5.00 L=0.200mol；n(N2O4)= 0.0100 mol/L×5.00 L=0.0500 mol；反应过程中转移电子的物质的量是：n(e-)= n(NO2)+ 2×n(N2O4)=0.30 mol；消耗Cu产生Cu(NO3)2晶体的物质的量是0.30mol÷2=0.15mol。则纯硝酸铜晶体的质量为0.15mol×242g/mol= 36.3g。

考点：考查反应条件的控制、化学操作的原因、化学方程式的书写、电解原理的应用、守恒方法在化学计算中的应用的知识。