题目内容

15．工业上用NH3制取HNO3的工艺流程如图所示：

请回答下列问题：
（1）上述流程中循环使用的物质是NO．
（2）尾气中含有NO、NO2（物质的量之比为1：1）可用Ca（OH）2吸收以获取亚硝酸钙，其反应的化学方程式是NO+NO2+Ca（OH）2=Ca（NO3）2+H2O．
（3）下列可以代替Ca（NO3）2加入到蒸馏塔中的物质可能是AB．
A．Mg（NO3）2        B．浓H2SO4       C．CaC12     D．Fe（NO3）2
（4）以偏二甲肼（C2N2H8）、NO2为原料的酸性燃料电池（两极产物均为N2），正极反应式是2NO2+8e-+8H+=N2+4H2O．
（5）己知：4NH3（g）+5O2（g）=4NO（g）+6H2O（l）△H1=a kJ/mol
2NO（g）+O2（g）=2NO2（g）△H2=b kJ/mol
NH3（g）+2O2（g）=HNO3（D+H2O（1）△H3=ckJ/mol
则NO2（g）在吸收塔中反应生成HNO3（l）的热化学方程式是
（6）用NH3制NH4NO3．
①制HNO3：假设氧化炉中NH3的氧转化率为a，转化室中NO转化率为b，吸收塔中NO2吸收率为c；
②制NH4NO3：用生成的HNO3与NH3反应制NH4NO3，其利用率为d．
则用NH3制NH4NO3的整个过程中，NH3的总转化率是$\frac{2abcd}{1+abc}$．

分析 用NH3制取HNO3的工艺流程：氨气在氧化炉中，催化氧化反应生成一氧化氮和水，反应的化学方程式为：4NH3+5O2$\frac{\underline{催化剂}}{△}$4NO+6H2O；在转化室中：NO与O2反应生成红棕色的二氧化氮气体，2NO+O2=2NO2；吸收塔内：3NO2+H2O═2HNO3+NO，NO循环至转化室内，加入硝酸钙除水，蒸馏得到浓硝酸．
（1）根据生产流程图中的物质，找出反应物与生成物，然后分析生成物中的物质被用作反应物的即为可循环利用的物质；
（2）发生反应为归中反应，根据N元素的化合价可知应生成Ca（NO2）2，据此书写方程式；
（3）根据Ca（NO3）2在蒸馏塔中的作用分析，Ca（NO3）2起吸水浓缩硝酸的作用；
（4）原电池正极发生还原反应，二氧化氮得到电子生成氮气；
（5）4NH3（g）+5O2（g）=4NO（g）+6H2O（l）△H1=a kJ/mol①
2NO（g）+O2（g）=2NO2（g）△H2=b kJ/mol②
NH3（g）+2O2（g）=HNO3（D+H2O（1）△H3=ckJ/mol③
根据盖斯定律，③×2-$\frac{①}{2}$-$\frac{3}{2}$×②得到目标方程式，反应热与计量数成正比；
（6）利用氮原子守恒计算，NH3的总转化率=$\frac{转化的氮}{参加反应的氮}$．

解答 解：（1）吸收塔内：3NO2+H2O═2HNO3+NO，在转化室中：NO与O2反应生成红棕色的二氧化氮气体，2NO+O2=2NO2；所以NO为循环使用的物质，
故答案为：NO；
（2）尾气中含有NO（N元素+2价）、NO2（N元素+4）（物质的量之比为1：1）用Ca（OH）2吸收，发生氮元素价态归中反应，生成Ca（NO2）2（N元素+3价），所以反应为：NO+NO2+Ca（OH）2=Ca（NO2）2+H2O，
故答案为：NO+NO2+Ca（OH）2=Ca（NO2）2+H2O；
（3）Ca（NO3）2起吸水浓缩硝酸的作用，几乎不溶于浓硝酸，Mg（NO3）2、浓H2SO4 几乎不溶于浓硝酸，起吸水浓缩硝酸的作用，CaC12能干燥但溶于浓硝酸，Fe（NO3）2不起吸水干燥作用，故选AB，
故答案为：AB；
（4）以偏二甲肼（C2N2H8）、NO2为原料的酸性燃料电池（两极产物均为N2），正极为二氧化氮得到电子生成氮气，电极反应方程式为：2NO2+8e-+8H+=N2+4H2O，
故答案为：2NO2+8e-+8H+=N2+4H2O；
（5）4NH3（g）+5O2（g）=4NO（g）+6H2O（l）△H1=a kJ/mol①
2NO（g）+O2（g）=2NO2（g）△H2=b kJ/mol②
NH3（g）+2O2（g）=HNO3（D+H2O（1）△H3=ckJ/mol③
根据盖斯定律，③×2-$\frac{①}{2}$-$\frac{3}{2}$×②得到目标方程式，3NO2（g）+H2O（1）=2HNO3（aq）+NO（g）反应热与计量数成正比，所以△H=（2c-$\frac{a}{2}$-$\frac{3b}{2}$）kJ/mol，则NO2（g）在吸收塔中反应生成HNO3（l）的热化学方程式是3NO2（g）+H2O（1）=2HNO3（aq）+NO（g）△H=（2c-$\frac{a}{2}$-$\frac{3b}{2}$）kJ/mol，
故答案为：3NO2（g）+H2O（1）=2HNO3（aq）+NO（g）△H=（2c-$\frac{a}{2}$-$\frac{3b}{2}$）kJ/mol；
（6）设制硝酸的氨气的物质的量为1，氧化炉中NH3的氧转化率为a，转化室中NO转化率为b，吸收塔中NO2吸收率为c；根据氮原子守恒，制得得HNO3的物质的量为1×abc，用生成的HNO3与NH3反应制NH4NO3，其利用率为d．HNO3+NH3=NH4NO3，需氨气1×abc，制得的硝酸铵为abcd，则NH3的总转化率是：$\frac{2abcd}{1+abc}$，
故答案为：$\frac{2abcd}{1+abc}$．

点评 本题考查了用NH3制取HNO3工业制备原理应用，流程分析，利用物质的转化及质量守恒的方法来进行计算，明确转化中的化学反应得出物质之间的关系是解答的关键，（6）参加反应的氮为（1+abc）为易错点，题目难度中等．

练习册系列答案
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16．下列说法不正确的是（　　）
A．2015年诺贝尔化学奖颁给了研究细胞修复自身DNA机制的三位科学家．DNA属于有机高分子，化学家鲍林（L．Pauling）提出的氢键理论和蛋白质分子的螺旋结构模型，为DNA分子双螺旋结构模型的提出奠定了基础
B．生物炼铜是指铜矿石在细菌作用下可把不溶性的硫化铜转化为可溶性铜盐，使铜的冶炼变得简单
C．埃博拉病毒对化学药品敏感，乙醇、次氯酸钠溶液、双氧水均可以将病毒氧化而达到消毒的目的
D．扫描隧道显微技术、超分辨荧光显微技术等的发展促进了人类对微观结构的探索，可实现对原子或分子的操控，使科学研究迈入更高的水平层次
17．化学与环境保护、工业生产、生活等密切相关．下列说法正确的是（　　）
A．石油的分馏、煤的干馏均是物理变化
B．应当大力实施矿物燃料“脱硫“、脱硝技术”，减少硫的氧化物和氮氧化物的污染
C．近期我国华北地区出现雾霸天气，PM2.5超标．PM2.5仅来自煤的燃烧
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3．下列关于滴定操作的叙述，正确的是（　　）
A．在中和滴定实验中，锥形瓶须用待测液润洗
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D．滴定时可将KMnO4溶液装在碱式滴定管中
10．工业上利用废铁屑（含少量氧化铝、氧化铁等）生产碱式硫酸铁[Fe（OH）SO4]的工艺流程如图：

已知：部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH如表：
沉淀物Fe（OH）3Fe（OH）2Al（OH）3
开始沉淀2.37.53.4
完全沉淀3.29.74.4
回答下列问题：
（1）流程中加入少量NaHCO3的目的是调节pH，使溶液中的Al3+（填“Fe3+”“Fe2+”或“Al3+”）沉淀，则调节pH的范围是4.4-7.5．
（2）在实际生产中，反应Ⅱ常同时通入O2以减少NaNO2的用量，O2与NaNO2在反应中均作氧化剂．若参与反应的O2有11.2L（标准状况），则相当于节约NaNO2的物质的量为2mol．用NaNO2的缺点是产生NO污染，若用双氧水代替NaNO2发生反应的离子方程式是Fe2++H2O2+2H+═Fe3++H2O．
（3）碱式硫酸铁溶于水后产生的Fe（OH）2+离子，可部分水解生成Fe2（OH）42-聚合离子．该水解反应的离子方程式为2Fe（OH）2++2H2O?Fe2（OH）42-+2H+．
（4）在医药上常用硫酸亚铁与硫酸、硝酸的混合液反应制备碱式硫酸铁．根据我国质量标准，产品中不得含有Fe2+及NO3-．为检验所得产品中是否含有Fe2+，应使用的试剂为D（填字母）．
A．氯水  B．KSCN溶液  C．NaOH溶液  D．酸性KMnO4溶液．
20．PbI2（亮黄色粉末）是生产新型敏化太阳能电池的敏化剂--甲胺铅碘的原料．合成PbI2的实验流程如图1：

（1）将铅块制成铅花的目的是增大与酸的接触面积，加快溶解反应速率．
（2）31.05g铅花用5.00mol•L-1的硝酸溶解，至少需消耗5.00mol•L-1硝酸80mL．
（3）取一定质量（CH3COO）2Pb•nH2O样品在N2气氛中加热，测得样品固体残留率）（$\frac{固体样品的剩余质量}{固体样品的起始质量}$×100%）随温度的变化如图2所示（已知：样品在75℃时已完全失去结晶水）．

①（CH3COO）2Pb•nH2O中结晶水数目n=3（填整数）．
②100～200℃间分解产物为铅的氧化物和一种有机物，则该有机物为C4H6O3（写分子式）．
（4）称取一定质量的PbI2固体，用蒸馏水配制成室温时的饱和溶液，准确移取25.00mL PbI2饱和溶液分次加入阳离子交换树脂RH中，发生：2RH（s）+Pb2+（aq）═R2Pb（s）+2H+（aq），用锥形瓶接收流出液，最后用蒸馏水淋洗树脂至流出液呈中性，将洗涤液合并到锥形瓶中．加入2～3滴酚酞溶液，用0.002500mol•L-1NaOH溶液滴定，到滴定终点时用去氢氧化钠标准溶液20.00mL．则室温时PbI2 的Ksp为4.000×10-9．
（5）探究浓度对碘化铅沉淀溶解平衡的影响．
该化学小组根据所提供试剂设计两个实验，来说明浓度对沉淀溶解平衡的影响．
提供试剂：NaI饱和溶液、NaCl饱和溶液、FeCl3 饱和溶液、PbI2饱和溶液、PbI2悬浊液．
信息提示：Pb2+和Cl-能形成较稳定的PbCl42-络离子．
请填写下表的空白处：
实验内容实验方法实验现象及原因分析
①碘离子浓度增大对平衡的影响取PbI2饱和溶液少量于一支试管中，再滴入几滴NaI饱和溶液现象：溶液中c（I-）增大，使Q大于了PbI2的Ksp
②铅离子浓度减小对平衡的影响取PbI2悬浊液少量于一支试管中，再加入少量NaCl饱和溶液现象：黄色浑浊消失
原因：形成PbCl42-，导致溶液中c（Pb2+）减小，使Qc小于PbI2的Ksp
③铅离子和碘离子浓度都减小对平衡的影响在PbI2悬浊液中滴入几滴FeCl3饱和溶液现象：黄色浑浊消失
写出反应的离子方程式：PbI2+2Fe3++4Cl-=PbCl42-+2Fe2++I2
7．高纯碳酸锰在电子工业中有重要的应用，湿法浸出软锰矿（主要成分为MnO2，含少量Fe、Al、Mg等杂质元素）制备高纯碳酸锰的实验过程如下：

（1）浸出：浸出时温度控制在90℃～95℃之间，并且要连续搅拌3小时的目的是提高软锰矿中锰的浸出率，植物粉的作用是作还原剂．
（2）除杂：①向浸出液中加入一定量的碳酸锰矿，调节浸出液的pH为3.5～5.5；
②再加入一定量的软锰矿和双氧水，过滤；
③…
操作①中使用碳酸锰调pH的优势是增加MnCO3的产量（或不引入新的杂质等）；操作②中加入双氧水不仅能将Fe2+氧化为Fe3+，而且能提高软锰矿的浸出率．写出双氧水提高软锰矿浸出率的离子方程式MnO2+H2O2+2H+=Mn2++2H2O+O2↑．
（3）制备：在30℃～35℃下，将碳酸氢铵溶液滴加到硫酸锰净化液中，控制反应液的最终pH在6.5～7.0，得到MnCO3沉淀．温度控制35℃以下的原因是减少碳酸氢铵的分解，提高原料利用率；该反应的化学方程式为MnSO4+2NH4HCO3 $\frac{\underline{\;30℃-35℃\;}}{\;}$MnCO3+（NH4）2SO4+CO2↑+H2O；生成的MnCO3沉淀需经充分洗涤，检验洗涤是否完全的方法是取最后一次的洗涤滤液1～2 mL 于试管中，向其中滴加用盐酸酸化的BaCl2溶液，若无白色沉淀产生，则表明已洗涤干净．
（4）计算：室温下，Ksp（MnCO3）=1.8×10-11，Ksp（MgCO3）=2.6×10-5，已知离子浓度小于1.0×10-5mol•L-1时，表示该离子沉淀完全．若净化液中的c（Mg2+）=10-2mol/L，试计算说明Mg2+的存在是否会影响MnCO3的纯度．
4．氮化硼（BN）是一种重要的功能陶瓷材料以天然硼砂为起始物，经过一系列反应可以得到BF3和BN，如下图所示：

请回答下列问题：
（1）由B2O3制备BF3、BN的化学方程式依次是B2O3+3CaF2+3H2SO4 $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2BF3↑+3CaSO4+3H2O、B2O3+2NH3$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2BN+3H2O；
（2）基态B原子的电子排布式为1s22s22p1；B和N相比，电负性较大的是N，BN中B元素的化合价为+3；
（3）在BF3分子中，F-B-F的建角是120°，B原子的杂化轨道类型为sp2，BF3和过量NaF作用可生成NaBF4，BF4-的立体结构为正四面体；
（4）在与石墨结构相似的六方氮化硼晶体中，层内B原子与N原子之间的化学键为共价键（或极性共价键），层间作用力为分子间作用力；
（5）六方氢化硼在高温高压下，可以转化为立方氮化硼，其结构与金刚石相似，硬度与金刚石相当，晶胞边长为361.5pm，立方氮化硼晶胞中含有4个氮原子、4个硼原子，立方氮化硼的密度是$\frac{25×4}{（361.5×1{0}^{-10}）^{3}×{N}_{A}}$g•cm-3（只要求列算式，不必计算出数值，阿伏伽德罗常数为NA）．
5．下列溶液中的离子可以大量共存且无色透明的是（　　）
A．Na+、Fe3+、NO3-、Cl-B．K+、HCO3-、SO42-、OH-
C．ClO-、Cl-、Na+、OH-D．Na+、K+、SiO32-、H+

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