Question

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，流程如图1：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+5O₂⇌4NO+6H₂O   4NH₃+30₂⇌2N₂+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℃、1.01×10⁵Pa时，在密闭容器发生反应：2NO₂⇌N₂O₄，达到平衡时，c（NO₂）=0.0400mol/L，c（N₂O₄）=0.0100mol/L．

现用一定量的Cu与足量的浓高纯度硝酸反应，制得5.00L已达到平衡的N₂O₄和NO₂的混合气体（25℃、1.01×10⁵Pa），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，A；

（2）NO+NO2+H2O=2HNO2；CO（NH2）2+2HNO2═CO2↑+2N2↑+3H2O．

（3）800～900℃时副产物N2的产率较低，NO的产率很高；

（4）8NO+7H2O3NH4NO3+2HNO3，将电解过程中生成的硝酸转化为硝酸铵；

（5）36.3g．

【解析】（1）吸收塔中通入空气的作用是利用空气中的氧气将NO、NO2等氧化为硝酸；硝酸镁加入到蒸馏塔中作吸水剂，浓硫酸能吸水，而且难挥发，所以选用浓硫酸，

故答案为：将NO、NO2等氧化为硝酸，A；

（2）由题目信息可知，NO、NO2二者混合物与水反应生成亚硝酸，反应方程式为NO+NO2+H2O=2HNO2；

亚硝酸再与尿素反应生成CO2和N2，反应方程式为CO（NH2）2+2HNO2═CO2↑+2N2↑+3H2O，

（3）由图可知，在800℃～900℃时，副产物N2的产率较低，而NO的产率很高，

（4）电解NO制备NH4NO3，阳极反应为NO﹣3e﹣+2H2O=NO3﹣+4H+，阴极反应为：NO+5e﹣+6H+=NH4++H2O，从两极反应可看出，要使得失电子守恒，阳极产生的NO3﹣的物质的量大于阴极产生的NH4+的物质的量，总反应方程式为：8NO+7H2O3NH4NO3+2HNO3，补充氨气能将电解过程中生成的硝酸转化为硝酸铵，

（5）根据达到平衡时，c（NO2）=0.0400mol/L，c（N2O4）=0.0100mol/L，故5L混合气体中的NO2的物质的量n=CV=0.04mol/L×5L=0.2mol，N2O4的物质的量n=CV=0.01mol/L×5L=0.05mol．

设反应掉的铜的物质的量为Xmol，根据铜与浓硝酸反应时得失电子数守恒，即铜失去的电子的物质的量等于硝酸得到的电子的物质的量，可得：

2X=0.2mol×1+0.05mol×2

解得X=0.15mol

而Cu～Cu（NO3）2•3H2O，

故生成的Cu（NO3）2•3H2O的物质的量为0.15mol，

故质量m=nM=0.15mol×242g/mol=36.3g，

故答案为：36.3g．