Question

17．硝酸是一种重要的工业原料，工业制硝酸的关键是氨的催化氧化，与硝酸工业相关的过程中产生的氮氧化物的处理与应用也是科学研究的热点．
I．图1、图2分别是实验室模拟合成氨及氨催化氧化的装置
（1）氮气和氢气通过图1装置，该装置中浓硫酸的作用是控制气体流速和干燥混合气体．
（2）用图2装置吸收一段时间氨后，再通入空气，同时将已经加热的铂丝插入乙装置的锥形瓶内，铂丝保持红热的原因是反应为放热反应，写出该装置中氨氧化的化学方程式4NH₃+5O₂$\frac{\underline{催化剂}}{△}$4NO+6H₂O．反应结束后锥形瓶内的溶液中含有H⁺、OH^-、NH₄⁺离子、NO₃^-离子．
Ⅱ．下列有关硝酸事实的解释合理的是A．
A．浓硝酸通常保存在棕色的试剂瓶中，说明浓硝酸不稳定
B．足量铁与稀硝酸反应后溶液呈浅绿色，说明稀硝酸不能氧化亚铁离子
C．不用浓硝酸与铜屑反应来制取硝酸铜，说明浓硝酸具有挥发性
D．不用锌与稀硝酸反应制取氢气，说明稀硝酸能将锌钝化
工业生产硝酸的尾气中含有氮氧化物NO_x（NO和NO₂的混合物，假设不含N₂O₄），对生态环境和人类健康带来较大的威胁．
（1）工业上常用Na₂CO₃溶液吸收法处理NO_x．
已知：NO不能与Na₂CO₃溶液反应NO+NO₂+Na₂CO₃=2NaNO₂+CO₂①2NO₂+Na₂CO₃=NaNO₂+NaNO₃+CO₂    ②
用足量的Na₂CO₃溶液完全吸收NO_x，每产生5.6L（标准状况）CO₂（全部逸出）时，吸收液质量就增加10g，则NO_x中的x值为1.75．
（2）尿素也可用于吸收处理NO_x，其反应原理为：
NO+NO₂+H₂O=2HNO₂ 2HNO₂+CO（NH₂）₂=2N₂↑+CO₂↑+3H₂O．
当混合气体中NO、NO₂按上述反应中系数比时吸收效果最佳．若混合气体中V（NO）：V（NO₂）=3：1时，可通入一定量的空气，同温同压下，V（空气）：V（NO）=5：6（空气中氧气的体积含量约为20%）．

Answer 1

分析 I（1）浓硫酸具有干燥的作用；
（2）氨气与氧气反应生成NO与水，铂丝保持红热说明这个反应时放热反应，氨气溶于水形成氨水，一氧化氮会被氧气氧化生成二氧化氮，二氧化氮溶于水生产硝酸；
II．A．存在棕色的试剂瓶中，防止硝酸见光分解；
B．稀硝酸、浓硝酸都具有强的氧化性；
C．用浓硝酸与Cu反应来制备硝酸铜会释放出污染大气的二氧化氮气体；
D．金属与硝酸反应不会生成氢气；
（1）由方程式可知，溶液质量增重=NO_x的质量-二氧化碳质量，由原子守恒可知n（NO_x）=2n（Na₂CO₃）=2n（CO₂），结合m=nM计算x的值；
（2）若混合气体中V（NO）：V（NO₂）=3：1时，应通入一定量空气，达到混合气体中V（NO）：V（NO₂）=1：1．

解答 解：I．（1）浓硫酸具有吸水性，可用于干燥气体，故答案为：干燥混合气体；
（2）氨气在被氧化生成NO，铂丝保持红热说明这个反应时放热反应，反应方程式为：4NH₃+5O₂$\frac{\underline{催化剂}}{△}$4NO+6H₂O，氨气溶于水形成氨水，故溶液中会存在铵根离子，一氧化氮会被氧气氧化生成二氧化氮，二氧化氮溶于水生产硝酸，故溶液中会存在硝酸根离子，则溶液中含有的离子有NH₄⁺和NO₃^-等，
故答案为：反应为放热反应；4NH₃+5O₂$\frac{\underline{催化剂}}{△}$4NO+6H₂O；NH₄⁺；NO₃^-；
Ⅱ．A．浓硝酸不稳定，通常保存在棕色的试剂瓶中，故A正确；
B．足量铁与稀硝酸反应后溶液呈浅绿色，是由于铁与硝酸铁反应生成硝酸亚铁，而稀硝酸、浓硝酸都具有强的氧化性，故B错误；
C．不用浓硝酸来制备硝酸铜主要是因为该反应会释放出污染大气的二氧化氮气体，与硝酸的挥发性无关，故C错误；
D．金属与硝酸反应不会生成氢气，故D错误．
故选：A；
（1）反应生成二氧化碳物质的量为$\frac{5.6L}{22.4L/mol}$=0.25mol，由方程式可知，溶液质量增重=NO_x的质量-二氧化碳质量，则NO_x的质量=10g+0.25mol×44g/mol=21g，由原子守恒可知n（NO_x）=2n（Na₂CO₃）=2n（CO₂）=0.5mol，则0.5×（14+16x）=21，解得x=1.75，
故答案为：1.75；
（2）若混合气体中V（NO）：V（NO₂）=3：1时，可设NO为3mol，NO₂为1mol，由题意可知一氧化氮与二氧化氮的比例关系为1：1时吸收效果最好，设一氧化氮转化成二氧化氮x摩尔，则3-x=1+x，解得x=1，由方程式2NO+O₂=2NO₂可知，需要0.5molO₂，又空气中氧气的体积含量约为20%，则需要2.5mol空气，所以V（空气）：V（NO）=2.5：3=5：6，
故答案为：5：6．

点评 本题考查化学实验、硝酸性质、氮氧化物有关计算等，Ⅱ（1）注意根据方程式判断氮的氧化物与二氧化碳物质的量关系，较好的考查学生分析计算能力，难度中等．