26.(10分)HNO3是极其重要的化工原料,在工业、农业、医药、军事等领域有着广泛的应用。现代工业上制备HNO3通常采用NH3催化氧化法,原料主要是氨气和氧气。这个方法的生产过程大致可分为三个阶段:氨催化氧化生成NO;NO氧化生成NO2,NO2被水吸收生成HNO3和NO,NO反复循环使用可完全转化为HNO3;尾气的处理。
问题1:由于二氧化氮不能被水完全吸收,因此生成的气体须经过多次氧化、吸收的循环操作,使其充分转化为硝酸(如果不考虑生产过程中的其它损失)。
(1)从理论上分析,要使氨气完全转化为硝酸,则原料氨气和氧气的投料比至少为 ;
(2)如果按理论上的投料比将原料放在一个具有反应条件的密闭容器中进行,所有物质不与外界交换,则最后所得溶液的质量分数为 ;
(3)循环操作的次数与NO2→HNO3的转化率具有一定的数学关系。计算一定量的二氧化氮气体大约要经过 次循环操作,才能使二氧化氮的转化率达到95%。
问题2:将上述方法制备的HNO3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,测得其气体产物有H2、N2、NO、NO2,溶液中产物有Mg(NO3)2,NH4NO3和H2O。
生成这些产物的HNO3浓度范围见下表。
生成产物 |
H2 |
N2和NH4+ |
NO |
NO2 |
c(HNO3)mol/L |
c<6.6 |
c<10 |
0.1<c<10 |
c>0.1 |
各气体产物成分及含量随HNO3浓度变化曲线如右图所示。
(4)将3gMg投入400mL11mol/L的HNO3中,充分反应后硝酸的浓度约为 得到的还原产物有 ;
(5)960 mg Mg与足量 4mol/L的HNO3完全反应,收集到224 mL(S.T.P)气体,则生成硝酸铵的物质的量为 ,试通过计算写出此过程中反应的总反应方程式。
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江苏省如皋中学高三理科实验班化学高考强化模拟卷(2)