Question

15．NH₃在与酸反应、与盐溶液反应时体现出碱性外，还有其它性质．

（ I）（1）同学甲在百度中查阅工业制硝酸的原理：硝酸工业与合成氨工业密接相关，氨氧化法是工业生产中制取硝酸的主要途径，其主要流程是将氨和空气的混合气（氧：氮≈2：1）通入灼热（760～840℃）的铂铑合金网，在合金网的催化下，氨被氧化成一氧化氮（NO）．生成的一氧化氮利用反应后残余的氧气继续氧化为二氧化氮，随后将二氧化氮通入水中制取硝酸．稀硝酸、浓硝酸、发烟硝酸的制取在工艺上各不相同．反应在高温高压条件下进行．同学乙认为只要增大氧气的含量，就可以直接氧化得到NO₂，再制备硝酸．请结合你所学习的化学知识，谈谈实际生产中的合理性．已知：2NO与O₂反应生成2NO₂是可逆反应．氨和空气的混合气在合金网的催化下，氨被氧化成一氧化氮（NO），氧气继续氧化为二氧化氮，反应增大氧气的含量，可以促使化学反应正向移动，从而提高硝酸的产率
（2）工业上，NaNH₂用于制取靛青染料；LiNH₂主要用于有机合成和药物制造，是具有良好前景的储氢材料．科学家在液氨中加入金属钠或金属锂制备NaNH₂和LiNH₂，试写出制备LiNH₂反应方程式：Li+2NH₃=LiNH₂+2H₂，NH₃表现氧化性．
（3）已知NH₃与Cl₂在一定条件下能发生反应，其中N元素被氧化为游离态，实际反应中其产物随着n（NH₃）：n（Cl₂）的比发生变化，经测定，产物中n（HCl）：n（NH₄Cl）=1：1时，则n（NH₃）：n（Cl₂）=5：3，整个反应过程被氧化的N与未被氧化的N物质的量之比为2：3结合以上信息，请写出工业上检验氯气管道是否漏气的方法及现象：取浓氨水洒于管道口，产生白烟，证明此处漏气
（ II）二氧化氯（ClO₂）为一种黄绿色气体，是国际上公认的高效、广谱、快速、安全的杀菌消毒剂．
（1）目前已开发出用电解法制取ClO₂的新工艺．
①如图示意用石墨做电极，在一定条件下电解饱和食盐水制取ClO₂．写出阳极产生ClO₂的电极反应式：Cl^--5e^-+2H₂O=ClO₂↑+4H⁺．
②电解一段时间，当阴极产生的气体体积为112mL（标准状况）时，停止电解．通过阳离子交换膜的阳离子的物质的量为0.01mol；用平衡移动原理解释阴极区pH增大的原因在阴极发生2H⁺+2e^-=H₂↑，H⁺浓度减小，使得H₂O?OH^-+H⁺的平衡向右移动，OH^-浓度增大，pH增大．
（2）ClO₂对污水中CN^-有明显的去除效果．某工厂污水中含CN^- a mg/L，现用ClO₂将CN^-氧化，只生成两种常见气体，其离子反应方程式为2ClO₂+2CN^-=N₂↑+2CO₂↑+2Cl^-；处理100m³这种污水，至少需要ClO₂$\frac{50a}{13}$mol．

Answer 1

分析 （ I）、（1）根据化学平衡移动原理：增加反应物的浓度可以促使化学平衡正向移动，从而增加反应产物的量；
（2）根据信息：在液氨中加入金属钠或金属锂可以制备NaNH₂和LiNH₂来书写化学方程式，据元素的化合价确定物质的性质；
（3）根据反应物是氨气和氯气，产物是等物质的量的氯化氢和氯化铵，结合元素守恒、质量守恒来书写方程式即可；被氧化的元素化合价升高，被还原的元素化合价降低，根据产物确定现象；
（ II）、（1）①由题意可知，氯离子放电生成ClO₂，由元素守恒可知，有水参加反应，同时生成氢离子；
②在阴极发生2H⁺+2e^-=H₂↑，通过阳离子交换膜的阳离子为+1价离子，根据n=$\frac{V}{Vm}$计算氢气的物质的量，根据电子转移守恒计算阳离子的物质的量，电解中H⁺浓度减小，使得H₂O?OH^-+H⁺的平衡向右移动；
（2）ClO₂将CN^-氧化，只生成两种气体，应生成氮气与二氧化碳，同时生成氯离子；根据方程式计算需要ClO₂的物质的量．

解答 解：（1）氨和空气的混合气在合金网的催化下，氨被氧化成一氧化氮（NO），增加氧气的量，氧气继续氧化NO为二氧化氮，同时2NO与O₂反应生成2NO₂是可逆反应反应，所以增大氧气的含量，可以促使化学反应正向移动，从而提高硝酸的产率，
故答案为：氨和空气的混合气在合金网的催化下，氨被氧化成一氧化氮（NO），氧气继续氧化为二氧化氮，反应增大氧气的含量，可以促使化学反应正向移动，从而提高硝酸的产率．
（2）在液氨中加入金属锂，会发生反应：Li+2NH₃=LiNH₂+2H₂，据此制备制备LiNH₂，氨气中氢元素的化合价降低，所以是氧化剂，故答案为：Li+2NH₃=LiNH₂+2H₂；
氧化；
（3）NH₃与Cl₂在一定条件下能发生反应，产物中n（HCl）：n（NH₄Cl）=1：时，根据电子守恒，得到发生的反应为：5NH₃+3Cl₂=3HCl+3NH₄Cl+N₂，则n（NH₃）：n（Cl₂）=5：3，整个反应过程被氧化的N与未被氧化的N物质的量之比，2：3，工业上检验氯气管道是否漏气的方法及现象：取浓氨水洒于管道口，产生白烟，证明此处漏气，故答案为：5：3；2：3；取浓氨水洒于管道口，产生白烟，证明此处漏气；
（ II）、（1）①由题意可知，氯离子放电生成ClO₂，由元素守恒可知，有水参加反应，同时生成氢离子，电极反应式为：Cl^--5e^-+2H₂O=ClO₂↑+4H⁺，
故答案为：Cl^--5e^-+2H₂O=ClO₂↑+4H⁺；
②在阴极发生2H⁺+2e^-=H₂↑，氢气的物质的量为$\frac{0.112L}{22.4L/mol}$=0.005mol，通过阳离子交换膜的阳离子为+1价离子，故交换膜的阳离子的物质的量为0.005mol×2=0.01mol，电解中阴极H⁺浓度减小，使得H₂O?OH^-+H⁺的平衡向右移动，溶液的pH增大，
故答案为：0.01；在阴极发生2H⁺+2e^-=H₂↑，H⁺浓度减小，使得H₂O?OH^-+H⁺的平衡向右移动，OH^-浓度增大，pH增大；
（2）ClO₂将CN^-氧化，只生成两种气体，应生成氮气与二氧化碳，同时生成氯离子，反应离子方程式为：2ClO₂+2CN^-=N₂↑+2CO₂↑+2Cl^-，
100m³废水中CN^-质量=100m³×ag/m³=100ag，CN^-的物质的量为$\frac{100ag}{26g/mol}$=$\frac{50a}{13}$mol，由方程式可知，至少需要ClO₂的物质的量=$\frac{50a}{13}$mol，
故答案为：2ClO₂+2CN^-=N₂↑+2CO₂↑+2Cl^-；$\frac{50a}{13}$mol．

点评 本题考查氧化还原反应、常用化学用语、电解原理、化学计算等，题目难度中等，电解反应是难点、易错点，是对学生综合能力的考查，需要学生具有扎实的基础与分析解决问题的能力．