Question

8．2015年8月12日天津港特大爆炸事故，再一次引发了人们对环境问题的关注．据查危化仓库中存有大量的钠、钾、白磷（P₄）、硝酸铵和氰化钠（NaCN）．
（1）白磷有毒能和氯酸溶液发生氧化还原反应：3P₄+10HClO₃+18H₂O═10HCl+12H₃PO₄，该反应的氧化产物是H₃PO₄，若有1mol P₄参加反应转移电子为20mol．
（2）氰化钠（NaCN）是一种化工原料，用于基本化学合成、电镀、冶金和有机合成医药、农药及金属处理等方面．
①已知：25℃时，HCN的电离平衡常数K_a=6.2×10^-10，H₂CO₃在25℃时的电离平衡常数是K_a1=4.5×10^-7、K_a2=4.7×10^-11，则向 NaCN溶液通入少量CO₂反应方程式是：CO₂+NaCN+H₂O=NaHCO₃+HCN．
②常温下，氰化钠能与过氧化氢溶液反应，生成碳酸氢钠和能使湿润的红色石蕊试纸变蓝色的气体，大大降低其毒性．该反应的化学方程式是：NaCN+H₂O₂+H₂O=NaHCO₃+NH₃↑．
③电解法可以处理空气中的氮氧化物，用如图示电解池，将NO_x在电解池中分解成无污染的N₂和O₂除去，两电极间是固体氧化物电解质，在一定条件下可自由传导O^2-，电解池阴极反应为2NO_x+4xe^-=N₂+2xO^2-．
（3）①传统工业上利用氨气可以合成尿素．主要反应如下：
2NH₃（g）+CO₂（g）═NH₂CO₂NH₄（s）△H=-159.47kJ•mol^-1
NH₂CO₂NH₄（s）═CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）△H=+72.49kJ•mol^-1
反应2NH₃（g）+CO₂（g）═CO（NH₂）（s）+H₂O（g）的△H=-86.98 kJ•mol^-1
②工业上用氨气制备硝酸，将一定质量的铁粉加入到100mL某浓度的稀硝酸中充分反应后，容器中剩余m₁g铁粉，此时共收集到NO气体448mL（标准状况）．然后向上述混合物中加入稀硫酸至不再产生NO为止，容器剩余铁粉m₂g，则m₁-m₂为5.04．（若铁改为铜，答案相应改正）

Answer 1

分析 （1）元素化合价升高发生氧化反应得到氧化产物；根据P元素化合价变化计算转移电子物质的量；
（2）①由电离平衡常数可知，酸性：H₂CO₃＞HCN＞HCO₃^-，则NaCN溶液通入少量CO₂生成NaHCO₃与HCN；
②常温下，氰化钠能与过氧化氢溶液反应，生成碳酸氢钠和能使湿润的红色石蕊试纸变蓝色的气体，该气体为氨气，配平书写方程式；
③电解池阴极发生还原反应，NO_x在阴极获得电子生成N₂、O^2-；
（3）①已知：Ⅰ.2NH₃（g）+CO₂（g）═NH₂CO₂NH₄（s）△H=-159.47kJ•mol^-1
Ⅱ．NH₂CO₂NH₄（s）═CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）△H=+72.49kJ•mol^-1
根据盖斯定律，Ⅰ+Ⅱ可得：2NH₃（g）+CO₂（g）═CO（NH₂）（s）+H₂O（g）；
②铁粉加入到100mL某浓度的稀硝酸中，充分反应后，容器中剩有m₁g铁粉，生成Fe（NO₃）₂和NO气体0.02mol，根据电子转移守恒计算参加反应的Fe的物质的量，再根据Fe原子守恒计算溶液中n[Fe（NO₃）₂]，再向溶液中足量稀硫酸至不再反应为止，容器剩余Fe粉m₂g，Fe（NO₃）₂中NO₃^-发生反应3Fe+8H⁺+2NO₃^-═3Fe²⁺+2NO↑+4H₂O，（m₁-m₂）为与溶液中NO₃^-反应的Fe的质量．

解答 解：（1）反应中P元素化合价升高得到H₃PO₄，氧化产物为H₃PO₄，若有1mol P₄参加反应转移电子为1mol×4×5=20mol，
故答案为：H₃PO₄；20；
（2）①由电离平衡常数可知，酸性：H₂CO₃＞HCN＞HCO₃^-，则NaCN溶液通入少量CO₂生成NaHCO₃与HCN，反应方程式为：CO₂+NaCN+H₂O=NaHCO₃+HCN，
故答案为：CO₂+NaCN+H₂O=NaHCO₃+HCN；
②常温下，氰化钠能与过氧化氢溶液反应，生成碳酸氢钠和能使湿润的红色石蕊试纸变蓝色的气体，该气体为氨气，反应方程式为：NaCN+H₂O₂+H₂O=NaHCO₃+NH₃↑，
故答案为：NaCN+H₂O₂+H₂O=NaHCO₃+NH₃↑；
③电解池阴极发生还原反应，NO_x在阴极获得电子生成N₂、O^2-，阴极电极反应式为：2NO_x+4xe^-=N₂+2xO^2-，
故答案为：2NO_x+4xe^-=N₂+2xO^2-；
（3）①已知：Ⅰ.2NH₃（g）+CO₂（g）═NH₂CO₂NH₄（s）△H=-159.47kJ•mol^-1
Ⅱ．NH₂CO₂NH₄（s）═CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）△H=+72.49kJ•mol^-1
根据盖斯定律，Ⅰ+Ⅱ可得：2NH₃（g）+CO₂（g）═CO（NH₂）（s）+H₂O（g），△H=-159.47kJ•mol^-1+72.49kJ•mol^-1=-86.98kJ•mol^-1，
故答案为：-86.98；
②铁粉加入到100mL某浓度的稀硝酸中，充分反应后，容器中剩有m₁g铁粉，生成Fe（NO₃）₂和NO气体，NO的物质的量为$\frac{0.448L}{22.4L/mol}$=0.02mol，根据电子转移守恒可知，参加反应的Fe的物质的量为$\frac{0.02mol（5-2）}{2}$=0.03mol，根据Fe原子守恒可知，溶液中n=0.03mol，溶液中n（NO₃^-）=0.06mol．
再向溶液中足量稀硫酸至不再反应为止，Fe（NO₃）₂中NO₃^-发生反应3Fe+8H⁺+2NO₃^-═3Fe²⁺+2NO↑+4H₂O，容器剩有铜粉m₂g，（m₁-m₂）为与溶液中NO₃^-反应的铜的质量，
令再次反应的铜的物质的量为xmol，则：
3Fe+8H⁺+2NO₃^-═3Fe²⁺+2NO↑+4H₂O
3        2
xmol 0.06mol
所以x=0.09mol
所以再次反应的Fe的质量为0.09mol×56g/mol=5.04g，即（m₁-m₂）=5.04g，
故答案为：5.04．

点评 本题考查氧化还原反应基本概念与计算、化学方程式书写、电解原理、反应热计算等，（3）中关键是判断（m₁-m₂）为与溶液中NO₃^-反应的Fe的质量，注意根据电子转移守恒、元素守恒计算，如根据方程式计算，相对比较麻烦，注意守恒思想在氧化还原反应计算中应用，尤其硝酸根完全反应，利用离子方程式计算．