Question

11．研究化肥的合成、废水的处理等有现实的重要意义．
（1）硝酸铵的生产方法是采用硝酸与氨气化合，工业合成氨是一个放热反应，因此低温有利于提高原料的转化率，但实际生产中却采用400～500℃的高温，其原因是催化活性最强，增加反应速率，缩短达到平衡的时间；工业生产中，以氨气为原料合成硝酸，写出工业生产硝酸的最后一步的化学方程式3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO．
（2）甲、乙、丙三个化肥厂生产尿素所用的原料不同，但生产流程相同：

已知：CO+H₂O$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$CO₂+H₂
①甲厂以焦炭和水为原料；
②乙厂以天然气和水为原料；
③丙厂以石脑油（主要成分为C₅H₁₂）和水为原料．
按工业有关规定，利用原料所制得的原料气H₂和CO₂的物质的量之比，若最接近合成尿素的原料气NH₃（换算成H₂的物质的量）和CO₂的物质的量之比，则对原料的利用率最高．据此判断甲、乙、丙三个工厂哪个工厂对原料的利用率最高？丙．
（3）将工厂废气中产生的SO₂通过下列流程如图1，可以转化为有应用价值的硫酸钙等．
①写出反应Ⅰ的化学方程式：2CaCO₃+O₂+2SO₂=2CaSO₄+2CO₂．
②生产中，向反应Ⅱ的溶液中加入强还原性的对苯二酚等物质，目的是防止亚硫酸铵被氧化．
③检验经过反应Ⅲ得到的氨态氮肥中SO₄^2-所用试剂是盐酸和氯化钡（HCl和BaCl₂）．

（4）工业上利用氯碱工业产品治理含二氧化硫的废气．图2是氯碱工业中电解饱和食盐水的原理示意图．
①用溶液A吸收含二氧化硫的废气，其反应的离子方程式是SO₂+2OH^-=SO₃^2-+H₂O（或SO₂+OH^-=HSO₃^-）．
②用含气体B的阳极区溶液吸收含二氧化硫的废气，其反应的离子方程式是SO₂+Cl₂+H₂O=4H⁺+SO₄^2-+2Cl^-．

Answer 1

分析 （1）温度影响化学反应速率及化学平衡；工业生产中，以氨气为原料合成硝酸，是先将氨催化氧化生成一氧化氮，一氧化氮与氧气反应生成二氧化氮，二氧化氮与水反应生成硝酸，据此写化学方程式；
（2）用原料所制得的H₂和CO₂的物质的量之比若最接近合成尿素的原料气NH₃（换算成H₂的物质的量）和CO₂的物质的量之比，原料的利用率最高，根据原料气产生的H₂和CO₂的物质的量之比判断；
（3）①根据反应物和生成物，写出反应Ⅰ的化学方程式；
②加入强还原性的对苯二酚等物质，目的是防止亚硫酸铵（NH₄）₂SO₃被氧化；
③检验SO₄^2-所用试剂是盐酸和氯化钡；
（4）①二氧化硫和氢氧化钠反应生成NaHSO₃；
②阳极区产生的气体氯气的溶液与二氧化硫发生氧化还原反应．

解答 解：（1）合成氨反应的化学方程式为：N₂（g）+3H₂（g）$?_{高温高压}^{催化剂}$2NH₃（g）△H=-92.2kJ/mol，在400～500℃的高温时，催化剂的催化活性最强，同时升高温度虽然不利于平衡向正反应方向移动，但能增大反应速率，缩短达到平衡的时间；工业生产中，以氨气为原料合成硝酸，是先将氨催化氧化生成一氧化氮，一氧化氮与氧气反应生成二氧化氮，二氧化氮与水反应生成硝酸，所以工业生产硝酸的最后一步的化学方程式为3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO，
故答案为：催化活性最强，增加反应速率，缩短达到平衡的时间； 3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO；
（2）NH₃（换算成H₂的物质的量）和CO₂的物质的量之比为2：1合成尿素，即H₂和CO₂的物质的量之比为$\frac{2×3}{2}$：1=3：1．
甲厂以焦炭和水为原料，CO+H₂O$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$CO₂+H₂，生成的H₂和CO₂的物质的量之比为2：1．
乙厂以天然气和水为原料，CH₄+2H₂O$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$CO₂+4H₂，生成的H₂和CO₂的物质的量之比为4：1．
丙厂以石脑油和水为原料，C₅H₁₂+10H₂O$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$5CO₂+16H₂，生成的H₂和CO₂的物质的量之比为16：5，丙最接近3：1，
故答案为：丙；
（3）①根据反应物和生成物，写出反应Ⅰ的化学方程式为：2CaCO₃+O₂+2SO₂=2CaSO₄+2CO₂，
故答案为；2CaCO₃+O₂+2SO₂=2CaSO₄+2CO₂；
②亚硫酸根离子易被氧化，向反应Ⅱ的溶液中加入强还原性的对苯二酚等物质，目的是防止亚硫酸铵（NH₄）₂SO₃被氧化，
故答案为：防止亚硫酸铵（NH₄）₂SO₃被氧化；
③检验SO₄^2-所用试剂是盐酸和氯化钡（HCl 和 BaCl₂），
故答案为：盐酸和氯化钡（HCl 和 BaCl₂）；
（4）①二氧化硫和氢氧化钠反应生成NaHSO₃，SO₂+OH^-=HSO₃^-（或SO₂+2OH^-=SO₃^2-+H₂O），
故答案为：SO₂+OH^-=HSO₃^-（或SO₂+2OH^-=SO₃^2-+H₂O）；
②阳极区产生的气体氯气的溶液与二氧化硫发生氧化还原反应，SO₂+Cl₂+H₂O=4H⁺+SO₄^2-+2Cl^-，
故答案为：SO₂+Cl₂+H₂O=4H⁺+SO₄^2-+2Cl^-．

点评 本题考查了物质分离与提纯方法及其综合应用用，题目难度中等，涉及影响化学反应速率的因素、化学方程式的计算、离子反应等知识，考查的知识点较多、综合性较强，充分考查了学生的分析能力及化学实验能力．