Question

氮的单质及其化合物在生活和生产中有很重要的用途。

（1）氨是合成硝酸、铵盐和氮肥的基本原料。在一定条件下用氮气和氢气合成氨气，然后再用氨氧化法制取硝酸。在整个生产过程中，氮气的利用率为85%。写出氨氧化法制取硝酸的反应式____________现有0.2t液态氮，能生产出浓度为40%的硝酸______________千克。

（2）向27.2 g Cu和Cu₂O的混合物中加入某浓度的稀硝酸0.5 L，固体物质完全反应，生成NO和Cu(NO₃)₂。在所得溶液中加入1.0 mol·L^-1的NaOH溶液1.0 L，此时溶液呈中性。金属离子已完全沉淀，沉淀质量为39.2 g。

①Cu与Cu₂O的物质的量之比？____________

②硝酸的物质的量浓度？___________

（3）将30mLNO和O₂混合气体通入过量NaOH溶液中，充分反应后，溶液中只含两种溶质（不考虑水解），且剩余气体体积为2mL。求原混合气体中NO和O₂体积比？______________

Answer

4NH3+5O24NO+6H2O，2NO+O2=2NO2，3NO2+H2O=2HNO3+NO 1912.5 2∶1 2.4mol/L 3：2或8：7

【解析】

(1)氨氧化法制取硝酸流程为：氨气催化氧化生成NO，然后NO与氧气反应生成NO2，最后NO2与水反应生成HNO3；根据关系式N2～2HNO3计算生产浓度40%的硝酸的质量；

(2)在所得溶液中加入1L NaOH溶液，反应后溶液呈中性，金属离子已完全沉淀，溶液中溶质为NaNO3，n(NaNO3)=n(NaOH)=1.0mol/L×1.0L=1mol，沉淀为Cu(OH)2，质量为39.2g，氢氧化铁物质的量为：=0.4mol，根据铜元素守恒有n(Cu)+2n(Cu2O)=n[Cu(OH)2]，反应后的溶液中n[[Cu(NO3)2]=n[Cu(OH)2]=0.4mol；

①设Cu和Cu2O的物质的量分别为xmol、ymol，根据二者质量及Cu元素物质的量列方程计算二者的物质的量之比；

②利用电子转移守恒计算n(NO)，根据N元素守恒可知原硝酸溶液n(HNO3)=n(NO)+n(NaNO3)，根据Na元素可知n(NaNO3)=n(NaOH)，进而计算硝酸浓度；

(3)氢氧化钠溶液过量，反应后溶液中只含两种溶质，则反应生成NaNO3，发生的反应为：4NO+3O2+4NaOH=4NaNO3+2H2O，剩余的气体可能为氧气，也可能为NO，根据反应方程式进行讨论计算出混合气体中NO与O2的体积。

(1)氨氧化法制取硝酸的反应式：4NH3+5O24NO+6H2O，2NO+O2=2NO2，3NO2+H2O=2HNO3+NO；设能生产出浓度为40%的硝酸x千克，则：

N2～～～2HNO3

28               126

200千克×85%      40%×x千克
则28：126=200千克×85%：40%×x千克，解得x=1912.5；故答案为：4NH3+5O24NO+6H2O，2NO+O2=2NO2，3NO2+H2O=2HNO3+NO； 1912.5；

(2)①在所得溶液中加入NaOH溶液后，此时溶液呈中性，金属离子已完全沉淀，溶液中溶质为NaNO3，n(NaNO3)=n(NaOH)=1.0mol/L×1.0L=1mol，沉淀为Cu(OH)2，质量为39.2g，Cu(OH)2的物质的量为：=0.4mol，根据铜元素守恒有：n(Cu)+2n(Cu2O)=n[Cu(OH)2]，所以反应后的溶液中n[[Cu(NO3)2]=n[Cu(OH)2]=0.4mol，设Cu和Cu2O的物质的量分别为xmol、ymol，根据二者质量可得：64x+144y=27.2，根据铜元素守恒有：x+2y=0.4，联立方程解得：x=0.2，y=0.1，所以原固体混合物中Cu和Cu2O的物质的量之比为2：1，故答案为：2：1；

②根据电子转移守恒可知：3n(NO)=2n(Cu)+2n(Cu2O)，即3n(NO)=2×0.2mol+2×0.1mol，则n(NO)=0.2mol，根据N元素守恒可知n(HNO3)=n(NO)+n(NaNO3)=0.2mol+1.0mol/L×1.0L=1.2mol，所以原硝酸溶液的浓度为=2.4mol/L，故答案为：2.4mol/L；

(3)氢氧化钠溶液过量，反应后溶液中只含两种溶质，则反应生成NaNO3，发生的反应为：4NO+3O2+4NaOH=4NaNO3+2H2O，发生反应的NO和O2的总体积为：30mL-2mL=28mL，
若剩余的2mL为NO时，氧气体积为28mL×=12mL，NO体积为：30mL-12mL=18mL，原混合气体中NO和O2体积比18mL：12mL=3：2；若剩余的2mL为氧气时，NO体积为28mL×=16mL，氧气体积为：30mL-16mL=14mL，原混合气体中NO和O2体积比16mL：14mL=8：7；故答案为：3：2或8：7。