Question

20．氨和硝酸都是重要的工业原料．
（1）标准状况下，将500L氨气溶于水形成1L氨水，则此氨水的物质的量浓度为22.3mol/L（保留三位有效数字）．工业上常用过量氨水吸收二氧化硫，该反应的化学方程式为SO₂+2NH₃•H₂O=（NH₄）₂SO₃+H₂O（或SO₂+2NH₃+H₂O=（NH₄）₂SO₃）．
（2）氨氧化法是工业生产中合成硝酸的主要途径．合成的第一步是将氨和空气的混合气通过灼热的铂铑合金网，在合金网的催化下，氨被氧化成一氧化氮，该反应的化学方程式为4NH₃+5O₂$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{△}$4NO+6H₂O．
下列反应中的氨与氨氧化法中的氨作用相同的是BC．
A．2Na+2NH₃=2NaNH₂+H₂↑B．2NH₃+3CuO=3Cu+N₂+3H₂O
C．4NH₃+6NO=5N₂+6H₂O    D．HNO₃+NH₃=NH₄NO₃
工业中的尾气（假设只有NO和NO₂）用烧碱进行吸收，反应的离子方程式为2NO₂+2OH^-=NO₂^-+NO₃^-+H₂O和NO+NO₂+2OH^-=□2NO₂^-+H₂O（配平该方程式）．
（3）向27.2g Cu和Cu₂O的混合物中加入某浓度的稀HNO₃ 500mL，反应过程中产生的气体只有NO．固体完全溶解后，在所得溶液（金属阳离子只有Cu²⁺）中加入1L 1mol/L 的NaOH溶液使金属离子恰好完全沉淀，此时溶液呈中性，所得沉淀质量为39.2g．
①Cu与稀HNO₃反应的离子方程式为3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O．
②Cu与Cu₂O 的物质的量之比为2：1．
③HNO₃的物质的量浓度为2.4mol/L．
（4）有H₂SO₄和HNO₃的混合溶液20mL，加入0.25mol•L^-1 Ba（OH）₂溶液时，生成沉淀的质量w（g）和Ba（OH）₂溶液的体积V（mL）的关系如图所示（C 点混合液呈中性）．则原混合液中H₂SO₄的物质的量浓度为0.25mol/L，HNO₃的物质的量浓度为1mol/L．

Answer 1

分析 （1）500L氨气的物质的量为：$\frac{500L}{22.4L/mol}$=22.32mol，溶于水形成1L氨水，根据c=$\frac{n}{V}$；二氧化硫与氨气反应生成亚硫酸铵；
（2）氨催化氧化生成一氧化氮和水；反应方程式为：4NH₃+5O₂$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{△}$4NO+6H₂O 中，氨气是还原剂；根据质量守恒和得失电子守恒配平；
（3）①Cu与稀HNO₃反应生成硝酸铜、一氧化氮和水，离子反应方程式为：3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O；
②所得溶液中加入1.0mol/L 的NaOH溶液1.0L，此时溶液呈中性，金属离子已完全沉淀，溶液中溶质为NaNO₃，n（NaNO₃）=n（NaOH）=1.0mol/L×1.0L=1mol，沉淀为Cu（OH）₂，质量为39.2g，物质的量为$\frac{39.2g}{98g/mol}$=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、Cu₂O的物质的量分别为x、y，则
$\left\{\begin{array}{l}{64x+144y=27.2}\\{x+2y=0.4}\end{array}\right.$，进行计算；
③Cu和Cu₂O与稀硝酸反应生成硝酸铜，0.2molCu完全反应失去0.4mol电子，0.1molCu₂O完全反应失去0.2mol电子，总共生成0.6mol电子，由电子守恒，生成NO的物质的量为$\frac{0.6mol}{（5-2）}$=0.2mol，在所得溶液中加入1.0mol/L的NaOH溶液1.0L，此时溶液呈中性，金属离子恰好完全沉淀，反应后的溶质为硝酸钠，则溶液中的硝酸根离子的物质的量为n（NO₃^-）=n（NaOH）=1mol/L×1L=1mol，则硝酸的总物质的量为1mol+0.2mol=1.2mol，根据c=$\frac{n}{V}$进行计算；
（4）由图可知，加入20mLBa（OH）₂溶液时，硫酸钡沉淀达最大值，故根据方程式计算硫酸的物质的量；由图可知，PH=7时，消耗60mLBa（OH）₂溶液，由H⁺+OH^-═H₂O可知n（H⁺）=n（OH^-），据此计算原溶液中含有的n（H⁺），进而计算硝酸的电离产生的氢离子物质的量，再根据c=$\frac{n}{V}$计算硫酸、硝酸的物质的量浓度；

解答 解：（1）500L氨气的物质的量为：$\frac{500L}{22.4L/mol}$=22.32mol，溶于水形成1L氨水，c=$\frac{n}{V}$=$\frac{22.32mol}{1L}$=22.32mol/L；二氧化硫与氨气反应生成亚硫酸铵，反应的化学方程式为：SO₂+2NH₃•H₂O=（NH₄）₂SO₃+H₂O（或SO₂+2NH₃+H₂O=（NH₄）₂SO₃），故答案为：22.3；SO₂+2NH₃•H₂O=（NH₄）₂SO₃+H₂O（或SO₂+2NH₃+H₂O=（NH₄）₂SO₃）；
（2）氨催化氧化生成一氧化氮和水，反应方程式为：4NH₃+5O₂$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{△}$4NO+6H₂O，
A．反应2Na+2NH₃=2NaNH₂+H₂↑中，氨气是氧化剂，故正确；B．反应2NH₃+3CuO=3Cu+N₂+3H₂O中，氨气是还原剂，故正确；
C．反应4NH₃+6NO=5N₂+6H₂O中，氨气是还原剂，故正确； D．反应HNO₃+NH₃=NH₄NO₃是非氧化还原反应，故错误；由质量守恒和得失电子守恒，配平为：NO+NO₂+2OH^-=2NO₂^-+H₂O，故答案为：4NH₃+5O₂$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{△}$4NO+6H₂O；BC； 2NO₂^-；
（3）①Cu与稀HNO₃反应生成硝酸铜、一氧化氮和水，离子反应方程式为：3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O，故答案为：3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O；
②所得溶液中加入1.0mol/L 的NaOH溶液1.0L，此时溶液呈中性，金属离子已完全沉淀，溶液中溶质为NaNO₃，n（NaNO₃）=n（NaOH）=1.0mol/L×1.0L=1mol，沉淀为Cu（OH）₂，质量为39.2g，物质的量为$\frac{39.2g}{98g/mol}$=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、Cu₂O的物质的量分别为x、y，则
$\left\{\begin{array}{l}{64x+144y=27.2}\\{x+2y=0.4}\end{array}\right.$，解得x=0.2，y=0.1，
所以Cu与Cu₂O 的物质的量之比为2：1，故答案为：2：1；
③Cu和Cu₂O与稀硝酸反应生成硝酸铜，0.2molCu完全反应失去0.4mol电子，0.1molCu₂O完全反应失去0.2mol电子，总共生成0.6mol电子，由电子守恒，生成NO的物质的量为$\frac{0.6mol}{（5-2）}$=0.2mol，在所得溶液中加入1.0mol/L的NaOH溶液1.0L，此时溶液呈中性，金属离子恰好完全沉淀，反应后的溶质为硝酸钠，则溶液中的硝酸根离子的物质的量为n（NO₃^-）=n（NaOH）=1mol/L×1L=1mol，则硝酸的总物质的量为1mol+0.2mol=1.2mol，硝酸的浓度为$\frac{1.2mol}{0.5L}$=2.4mol/L，故答案为：2.4；2.4（2分）
（4）由图可知，0～20mLBa（OH）₂溶液发生H₂SO₄+Ba（OH）₂═BaSO₄↓+H₂O，20mL～60mLBa（OH）₂溶液发生发生H⁺+OH^-═H₂O，
由图可知，加入20mLBa（OH）₂溶液时，硫酸钡沉淀达最大值，设硫酸的物质的量为x，则：
H₂SO₄+Ba（OH）₂═BaSO₄↓+H₂O
   1            1 
   x  0.02L×0.25mol•L^-1
故x=0.02L×0.25mol•L^-1=0.005mol，
硫酸的物质的量浓度为$\frac{0.005mol}{0.02L}$=0.25mol•L^-1，
由图可知，PH=7时，消耗60mLBa（OH）₂溶液，由H⁺+OH^-═H₂O可知原溶液中含有的n（H⁺）=n（OH^-）=2×0.06L×0.25mol•L^-1=0.03mol，故n（HNO₃）=0.03mol-0.005mol×2=0.02mol，
故原溶液中HNO₃的物质的量浓度=$\frac{0.02mol}{0.02L}$=1mol/L，故答案为：0.25；1．

点评 本题考查氧化还原反应的计算，为高频考点，把握电子守恒、原子守恒为解答的关键，侧重分析与计算能力的考查，题目难度中等．