高中化學 主題1 空氣資源 氨的合成 課題3 氨氧化法制硝酸學業(yè)分層測評 魯科版選修2

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氨氧化法制硝酸 (建議用時：45分鐘) [學業(yè)達標] 1．下列氣體能造成空氣中光化學煙霧污染的是(　　) A．CO2　　 B．CO C．NO2 D．Cl2 【答案】　C 2．關于NO的下列敘述不正確的是(　　) A．NO可以是某些含低價N元素物質(zhì)被氧化的產(chǎn)物 B．NO不是亞硝酸酐 C．NO可以是某些含高價N元素物質(zhì)被還原的產(chǎn)物 D．NO是紅棕色氣體 【解析】　NO中N為＋2價，故NO既有氧化性，又有還原性，可以為低價含N物質(zhì)失去電子被氧化的產(chǎn)物，也可為高價含N物質(zhì)得到電子被還原的產(chǎn)物。N2O3為亞硝酸酐。D項不正確，NO為無色。 【答案】　D 3．化工生產(chǎn)中的廢氣和汽車尾氣的排放是造成大氣污染的主要原因。下列氣體經(jīng)過處理后可用做燃料的是(　　) A．硫酸工業(yè)尾氣 B．硝酸工業(yè)尾氣 C．汽車尾氣 D．高爐煤氣 【解析】　各選項與主要污染物的對應關系是：A——二氧化硫、三氧化硫；B——一氧化氮、二氧化氮；C——一氧化碳、二氧化碳、一氧化氮、二氧化氮和烴；D——一氧化碳、二氧化碳。由于汽車尾氣很分散，而目前甚至于今后一段時間內(nèi)，將汽車尾氣轉化為燃料還不現(xiàn)實，故選D。 【答案】　D 4．在體積為V L的密閉容器中通入a mol NO和b mol O2。反應后容器內(nèi)氮原子數(shù)和氧原子數(shù)之比為(　　) A. B. C. D. 【解析】　根據(jù)原子守恒得答案為：。 【答案】　C 5．3NO2＋H2O===2HNO3＋NO為工業(yè)上氨催化氧化法制硝酸的反應之一，該反應中NO2的作用是(　　) A．只作氧化劑 B．只作還原劑 C．既作氧化劑又作還原劑 D．既不作氧化劑又不作還原劑 【解析】　該反應二氧化氮中N元素的化合價由＋4價變?yōu)椋?價和＋2價，二氧化氮既失電子又得電子，所以二氧化氮既是氧化劑又是還原劑，故選C。 【答案】　C 6．下列反應既屬于離子反應，又屬于氧化還原反應的是 (　　) 【導學號：28920011】 A．4NH3＋5O24NO＋6H2O B．2NO＋O2===2NO2 C．3NO2＋H2O===2HNO3＋NO D．N2O3＋2NaOH===2NaNO2＋H2O 【解析】　A、B兩項反應不屬于離子反應；D項反應不屬于氧化還原反應。 【答案】　C 7．工業(yè)制硝酸的其中一步反應為氨的氧化，反應方程式為4NH3(g)＋5O2(g)4NO(g)＋6H2O(g)　ΔH<0，有關該反應的說法正確的是(　　) A．反應達到平衡后，3v正(NH3)＝2v逆(H2O) B．反應處于平衡狀態(tài)時，c(NH3)c(O2)＝c(NO)c(H2O) C．其它條件不變，溫度越高，氨的轉化率越高 D．增大壓強是加快反應速率并提高NO產(chǎn)率的有效措施 【解析】　A．反應達到平衡后，3v正(NH3)＝2v逆(H2O)，各組分濃度不變，故A正確；B.反應處于平衡狀態(tài)時，體系中各組分的濃度不變，與c(NH3)c(O2)和c(NO)c(H2O)是否相等無關，故B錯誤；C.該反應正反應方向是放熱反應，升高溫度平衡向逆反應方向移動，溫度越高，氨的轉化率越低，故C錯誤；D.由于增大壓強，平衡向逆反應方向移動，一氧化氮生產(chǎn)量減小，所以尋找合適的催化劑及提高氧氣的濃度是加快反應速率并提高NO產(chǎn)率的有效措施，故D錯誤。故選A。 【答案】　A 8．已知氮的氧化物跟NaOH溶液發(fā)生的化學反應如下：2NO2＋2NaOH===NaNO3＋NaNO2＋H2O，NO2＋NO＋2NaOH===2NaNO2＋H2O，現(xiàn)有m mol NO2和n mol NO 組成的混合氣體，需用NaOH溶液使其完全吸收至無氣體剩余。已知NaOH物質(zhì)的量濃度為a mol L－1，則需該NaOH溶液的體積是 (　　) A. L B. L C. L D. L 【解析】　根據(jù)氣體全部被吸收，生成的鹽是NaNO3和NaNO2，可知鈉原子的物質(zhì)的量等于氮原子的物質(zhì)的量，即n(NaOH)＝n(NO2)＋n(NO)＝(m＋n)mol，所以NaOH溶液的體積為 L。 【答案】　D 9．將20 mL二氧化氮和氨氣的混合氣體，在一定條件下充分反應，化學方程式是6NO2＋8NH37N2＋12H2O。已知參加反應的二氧化氮比氨氣少2 mL(氣體體積均在相同狀況下測定)，則原混合氣體中二氧化氮和氨氣的物質(zhì)的量之比是：①3∶2?、?∶3?、?∶7?、?∶4，正確的組合為(　　) A．①③ B．②③ C．②④ D．①④ 【解析】　注意到給予的反應為可逆反應。NO2、NH3均不可能完全消耗。NO2比NH3少消耗了2 mL，具體關系應該為NO2消耗6 mL，NH3消耗8 mL，兩種物質(zhì)共消耗了14 mL，剩余6 mL，具體剩余的NO2、NH3各有多少，依據(jù)起始的投入來決定。起始投入不確定時，具體剩余的NO2、NH3體積也不確定。反過來，不知道剩余的NO2、NH3體積也就無法確定起始給予的NO2、NH3各多少體積。但是，用極端假設法可以確定起始給予的NO2、NH3的體積范圍。假若剩余的氣體全部為NO2，則原NO2有(6＋6)mL＝12 mL，NH3有8 mL，原混合氣體中二氧化氮和氨氣的物質(zhì)的量之比是3∶2。假若剩余的氣體全部為NH3，則原NH3有(8＋6)mL＝14 mL，NO2有6 mL，原混合氣體中二氧化氮和氨氣的物質(zhì)的量之比是3∶7，故原混合氣體中<<。 【答案】　C 10．將m g氨通過氨氧化法完全制成硝酸，且將硝酸全部溶解在反應中生成的水里制成濃硝酸，其質(zhì)量分數(shù)為(　　) A．77.8% B．50% C．63.5% D．98% 【解析】　根據(jù)4NH3＋5O2===4NO＋6H2O,4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3得關系式：NH3＋2O2===HNO3＋H2O，故溶液相當于1 mol水中溶解1 mol HNO3，故質(zhì)量分數(shù)為100%＝77.8%。 【答案】　A [能力提升] 11．硝酸工業(yè)尾氣的凈化方法有多種。 (1)堿液吸收是一種常用的方法。工業(yè)上常用純堿溶液來吸收尾氣中的氮的氧化物，反應的化學方程式為________________________________。如果希望吸收產(chǎn)物全部為硝酸鈉，可用濃硝酸處理所得的吸收液，試寫出反應的化學方程式：____________________________________________________________________。 (2)催化還原法是用還原劑在有催化劑存在的條件下來還原氮的氧化物。如果以NH3為還原劑，可分別將尾氣中的NO和NO2還原成N2和H2O，寫出這兩個反應的化學方程式：__________________________________________________ ________________________________________________________________。 【答案】　(1)2NO2＋Na2CO3===NaNO2＋NaNO3＋CO2　NaNO2＋2HNO3===NaNO3＋2NO2↑＋H2O (2)4NH3＋6NO5N2＋6H2O,8NH3＋6NO27N2＋12H2O 12．某化學小組的同學設計了如圖的實驗裝置。 將氨氣與過量的氧氣通入硬質(zhì)玻璃管中，管中裝有Cr2O3催化劑，用酒精燈加熱。 (1)氨氣催化氧化的化學方程式是____________________________________ ________；試管內(nèi)氣體變?yōu)榧t棕色，該反應的化學方程式是____________________________________________________________________。 (2)停止反應后，立即關閉試管的兩個活塞，一段時間后，將試管浸入冰水中，試管內(nèi)氣體顏色__________，原因是__________________________________。 【答案】　(1)4NH3＋5O24NO＋6H2O　2NO＋O2===2NO2　(2)變淺　存在2NO2N2O4的平衡，降溫平衡右移 13．工業(yè)合成氨與制備硝酸一般可連續(xù)生產(chǎn)，流程如下： (1)某溫度下體積為200 L的氨合成塔中，測得如下數(shù)據(jù)： 　時間(h) 濃度(molL－1)　　　 0 1 2 3 4 N2 1.500 1.400 1.200 c1 c1 H2 4.500 4.200 3.600 c2 c2 NH3 0 0.200 0.600 c3 c3 根據(jù)表中數(shù)據(jù)計算0～2小時內(nèi)N2的平均反應速率為________molL－1h－1。 若起始時與平衡時的壓強之比為a，則N2的轉化率為________(用含a的代數(shù)式表示)。 (2)氨氣和氧氣從145 ℃就開始反應，在不同溫度和催化劑條件下生成不同產(chǎn)物(如圖)： 已知：4NH3＋5O24NO＋6H2O K1＝11053(900 ℃) 4NH3＋3O22N2＋6H2O K2＝11067(900 ℃) 溫度較低時以生成________為主，溫度高于900 ℃時，NO產(chǎn)率下降的原因 _________________________________________________________________ ________________________________________________________________。 吸收塔中需要補充空氣的原因______________________________________。 (3)尾氣處理時小型化工廠常用尿素作為氮氧化物的吸收劑，此法運行費用低，吸收效果好，不產(chǎn)生二次污染，吸收后尾氣中NO和NO2的去除率高達99.95%。其主要的反應為氮氧化物混合氣與水反應生成亞硝酸，亞硝酸再與尿素[CO(NH2)2]反應生成CO2和N2，請寫出有關反應化學方程式：_____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________。 【解析】　(1)由反應速率的計算表達式，可求出v(N2)＝(1.5 molL－1－1.2 molL－1)/2 h＝0.15 molL－1h－1。設N2轉化x mol。 　　　 N2 ?。?　3H2 　　 2NH3 起始/mol 300 900 0 轉化/mol x 3x 2x 平衡/mol 300－x 900－3x 2x 由同溫、同體積時，壓強之比等于物質(zhì)的量之比得：＝a，解得x＝600(1－)， φ(N2)＝100%＝2(1－)100%。 (2)從圖中不難讀出低溫生成N2，高溫生成NO，但當高于900 ℃時，反應逆向移動，故NO的產(chǎn)率減小。再通入空氣，相當于增加反應物，平衡正向移動，NH3的轉化率進一步提高，使硝酸產(chǎn)量增加。 (3)根據(jù)題中信息，可寫出反應物和產(chǎn)物，關鍵運用化合價和原子守恒來配平。 【答案】　(1)0.15　2(1－1/a)100% (2)N2　生成NO的反應為放熱反應，升高溫度轉化率下降　進一步與NO反應生成硝酸 (3)NO＋NO2＋H2O===2HNO2、 CO(NH2)2＋2HNO2===CO2↑＋2N2↑＋3H2O 14．如圖是模擬工業(yè)制硝酸原理的實驗裝置。先用酒精燈對硬質(zhì)玻璃管里的三氧化二鉻加熱，然后把空氣鼓入盛有濃氨水的錐形瓶，當三氧化二鉻保持紅熱狀態(tài)時，移去酒精燈。根據(jù)題意回答問題： 【導學號：28920012】 (1)硬質(zhì)玻璃管里發(fā)生反應的化學方程式為____________________________ ________________________________________________________________， 當三氧化二鉻紅熱時，移去酒精燈，原因是：____________________________ ________________________________________________________________。 (2)圓底燒瓶里的實驗現(xiàn)象是_______________________________________， 鼓入空氣的作用是________________________________________________。 (3)實驗結束后，在圓底燒瓶內(nèi)壁上有時會看到少量無色晶體，寫出生成該晶體的化學方程式： _________________________________________________________________ ________________________________________________________________。 (4)新制的三氧化二鉻催化效果較好。實驗室一般用加熱分解(NH4)2Cr2O7的方法制三氧化二鉻，反應的化學方程式為_________________________________。 (5)工業(yè)上要獲得濃度較大的硝酸，往往在稀硝酸中加入吸水劑硝酸鎂或濃硫酸，然后________(填一種操作名稱)，實驗室里保存濃硝酸的方法是____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________。 【解析】　(1)氨氣具有還原性，在催化劑作用下可與氧氣反應被氧化為NO；該反應是放熱反應，溫度太高可能使催化劑的活性降低。 (2)產(chǎn)生的一氧化氮能和氧氣反應生成紅棕色的NO2，鼓入空氣有利于氨氣的逸出，同時提供氧氣。 (3)NO2與水反應生成HNO3，NH3與HNO3反應生成了NH4NO3：NH3＋HNO3===NH4NO3。 (4)(NH4)2Cr2O7中銨根中的氮是負三價，有還原性，重鉻酸根中的鉻正六價，有氧化性，會發(fā)生自身氧化還原反應，氮元素化合價升高為0價，鉻元素化合價降低為＋3價，分別生成氮氣和氧化鉻。 (5)硝酸和硝酸鎂溶液或濃硫酸互溶，可以采取蒸餾的方法分離，濃硝酸不穩(wěn)定，易分解，應盛于棕色瓶中，密封放于陰暗處。 【答案】　(1)4NH3＋5O24NO＋6H2O　該反應是放熱反應，溫度太高可能使催化劑的活性降低 (2)有紅棕色氣體產(chǎn)生　提供氧氣且促進氨的逸出 (3)NH3＋HNO3===NH4NO3 (4)(NH4)2Cr2O7N2↑＋Cr2O3＋4H2O (5)蒸餾　盛于棕色瓶中，密封置于陰暗處