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2019-2020年高中化學 主題1 空氣資源 氨的合成 課題3 氨氧化法制硝酸教案 魯科版選修2 ●課標要求 1．了解我國基本化工的生產(chǎn)資源、基本化工產(chǎn)品的主要種類和發(fā)展狀況。 2．認識催化劑的研制對促進化學工業(yè)發(fā)展的重大意義。 ●課標解讀 1.了解氨氧化法制硝酸的工藝流程。 2．明確氨催化氧化制硝酸的原理。 3．掌握在實驗室中制備硝酸的方法和操作。 ●教學地位 硝酸是化工生產(chǎn)中的重要原料，氨氧化法制硝酸的模擬實驗流程及操作方法是高考的高頻考點，尤其是氮的循環(huán)對生活、生產(chǎn)的影響為高考的熱點。 ●新課導入建議 1908年，德國化學家哈伯首先在實驗室用氫氣和氮氣在600 ℃、200個大氣壓的條件下合成了氨。后由布什提高了產(chǎn)率，完成了工業(yè)化設計，建立了年產(chǎn)1 000噸氨的生產(chǎn)裝置，1 000噸氨氣利用氨氧化法可生產(chǎn)3 000噸硝酸，利用這些硝酸可制造3 500噸烈性TNT。這些烈性TNT支持了德國發(fā)動了堅持四個多年頭的第一次世界大戰(zhàn)。你知道工業(yè)上是如何制備硝酸的嗎？ ●教學流程設計 課前預習安排：看教材P12－16，填寫[課前自主導學]，并完成[思考交流]。?步驟1：導入新課， 本課時教學地位分析。?步驟2：建議對[思考交流]多提問，反饋學生預習效果。?步驟3：師生互動完成探究1，可利用[問題導思]作為主線。 ? 步驟7：通過[例2]講解研析，對“探究2、尾氣的凈化處理”中注意的問題進行總結。?步驟6：師生互動完成“探究2”。?步驟5：指導學生自主完成[變式訓練1]和[當堂雙基達標]1～4題。?步驟4：通過[例1]的講解研析，對“探究1、硝酸的工業(yè)制法”中注意的問題進行總結。 ? 步驟8：指導學生自主完成[變式訓練2]和[當堂雙基達標]中的第5題。?步驟9：引導學生自主總結本課時知識框架，然后對照[課堂小結]。安排學生課下完成[課后知能檢測]。 課　標　解　讀 重　點　難　點 1.理解氨氧化法制硝酸的反應原理，并能利用反應原理說明如何制得一氧化氮和選擇吸收二氧化氮的條件。 2.了解氨氧化法制硝酸過程中的尾氣對環(huán)境的危害及其處理方法，樹立環(huán)保意識。 3.進一步認識催化劑在化工生產(chǎn)中的重要作用，體會實驗室研究與工業(yè)生產(chǎn)的關系。 1.氨氧化法制硝酸的反應方程式。(重點) 2.硝酸生產(chǎn)過程中NO的獲得和NO2的吸收。(重難點) 3.氨氧化法制硝酸模擬實驗流程及操作方法。(難點) 氨氧化法制硝酸 1.制備流程：NH3NONO2HNO3。 2．反應原理： 4NH3＋5O24NO＋6H2O、2NO＋O2===2NO2、3NO2＋H2O===2HNO3＋NO。 1．氨氧化法制硝酸過程中，發(fā)生氧化反應的含氮物質有哪些？ 【提示】　NH3、NO、NO2中氮元素化合價升高，均發(fā)生氧化反應。 氨氧化法制硝酸的模擬實驗 A．氨水(濃氨水∶水＝1.5∶1)　　 B．催化劑(Cr2O3) C．干燥劑(無水氯化鈣) D．氧化瓶 E．吸收瓶(水、石蕊溶液) F．NaOH溶液 氨氧化法制硝酸的實驗裝置示意圖 1．操作：先加熱硬質試管中的催化劑，再把空氣緩緩地、均勻地鼓入氨水中，待催化劑開始紅熱時，撤走酒精燈。 2．思考 (1)氧化瓶D中的現(xiàn)象：瓶內變成紅棕色。 (2)寫出E中發(fā)生的化學反應方程式： 3NO2＋H2O===2HNO3＋NO。 (3)F的作用是吸收未反應的NO、NO2氣體。 2．試通過模擬實驗分析氨氧化反應的熱效應。 【提示】　待催化劑紅熱時，撤走酒精燈，利用反應釋放的熱量維持反應的繼續(xù)進行，說明氨氧化反應為放熱反應。 硝酸的工業(yè)制取 1.如何獲得一氧化氮 (1)氨氣與O2反應可生成多種不同的產(chǎn)物，如NO、N2O、N2，若不控制反應條件，只會生成氮氣。 (2)科學家通過研究，找到了選擇NO并加快反應速率的催化劑，主要包括鉑系催化劑和非鉑系催化劑兩類。 2．選擇吸收二氧化氮的條件 (1)吸收NO2的反應為：3NO2＋H2O2HNO3＋NO。 (2)吸收NO2反應的特點：①可逆反應；②放熱反應；③氣體總體積縮小的反應。 (3)吸收NO2的方法：欲使原料利用充分，得到的硝酸的濃度增大，可采取加壓、降溫的方法，現(xiàn)代硝酸生產(chǎn)改用全壓法和綜合法，成品酸中HNO3的質量分數(shù)可達60%～70%，提高了NO2的吸收率。 3．常壓法生產(chǎn)硝酸尾氣的處理 (1)堿液吸收法：2NO2＋Na2CO3===NaNO3＋NaNO2＋CO2。 (2)催化還原法：如用H2、CH4等在催化劑作用下與氮的氧化物反應。 3．溫度和壓強對氣體的溶解性產(chǎn)生哪些影響？ 【提示】　溫度越高，氣體的溶解性越差，反之越強；壓強越大，氣體的溶解性越強，反之越差。 硝酸的工業(yè)制法 【問題導思】　 ①工業(yè)制硝酸的原料是什么？ 【提示】　氨氣和空氣。 ②如何獲得一氧化氮？ 【提示】　4NH3＋5O24NO＋6H2O。 ③吸收NO2的方法是什么？ 【提示】　全壓法和綜合法。 1．工業(yè)制硝酸的原料：NH3和空氣。 2．反應流程：NH3NONO2HNO3。 3．反應設備：氧化爐、吸收塔、蒸餾塔。 4．工藝流程 5．相關反應 4NH3＋5O24NO＋6H2O 2NO＋O2===2NO2 3NO2＋H2O===2HNO3＋NO 1．Mg(NO3)2具有脫水作用，可用于提高HNO3的質量分數(shù)。 2．在工業(yè)制HNO3過程中，注意勒夏特列原理的應用。 　把燒紅了的鉑絲插入盛有濃氨水的錐形瓶中，可觀察到下列現(xiàn)象：①液面上的鉑絲保持紅熱；②瓶內有紅棕色氣體產(chǎn)生；③有時瓶口有白煙出現(xiàn)。請用必要的文字和有關化學反應方程式解釋上述現(xiàn)象。 【解析】　氨與氧氣在有催化劑存在時可以發(fā)生氧化還原反應，反應方程式為4NH3＋5O24NO＋6H2O，反應是放熱的，因此可觀察到燒紅的鉑絲保持紅熱狀態(tài)。生成的NO容易與O2繼續(xù)反應生成紅棕色的NO2氣體：2NO＋O2===2NO2。NO2氣體遇水蒸氣則發(fā)生反應3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，生成的HNO3是揮發(fā)性酸，可與氨水揮發(fā)出的NH3化合產(chǎn)生白煙NH4NO3，反應方程式為NH3＋HNO3===NH4NO3。 【答案】　氨水易揮發(fā)，瓶內充滿NH3和O2的混合氣體，當紅熱的鉑絲插入時，由于發(fā)生下列反應：4NH3＋5O24NO＋6H2O而放出大量的熱，致使鉑絲保持紅熱。生成的NO可繼續(xù)和O2反應生成紅棕色的NO2，反應方程式為2NO＋O2===2NO2，而NO2能與水蒸氣反應：3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，生成的揮發(fā)性酸HNO3遇NH3則產(chǎn)生白煙NH4NO3，化學反應方程式為NH3＋HNO3===NH4NO3。 NH3遇HNO3產(chǎn)生白煙(固體顆粒)，易誤寫為白霧(液體小液滴)。 1．工業(yè)上用氨的催化氧化法制HNO3時，先制得50%左右的硝酸，然后再制成98%的濃HNO3，一般采用的方法是 (　　) A．加CaCl2后再蒸餾濃縮 B．加生石灰吸去水分后再過濾 C．加硝酸鎂后再蒸餾濃縮 D．加入濃H2SO4后再分液 【解析】　以硝酸鎂做脫水劑，將濃硝酸鎂溶液與稀硝酸按一定比例混合進行蒸餾。由于硝酸鎂具有脫水作用，因此可蒸出HNO3含量較高的硝酸蒸氣。將硝酸蒸氣再進行精餾，即可得到HNO3的質量分數(shù)為98%以上的硝酸蒸氣，冷凝后即得濃硝酸。 【答案】　C 尾氣的凈化和處理 【問題導思】　 ①硝酸工業(yè)中尾氣的有害成分是什么？ 【提示】　NO、NO2等含氮氧化物。 ②處理硝酸工業(yè)尾氣常用什么方法？ 【提示】　堿液吸收法和催化還原法。 ③處理硝酸工業(yè)尾氣常用的原料是什么？ 【提示】　純堿溶液或甲烷、氫氣等。 1．堿液吸收法 2NO2＋Na2CO3===NaNO2＋NaNO3＋CO2，NO＋NO2＋Na2CO3===2NaNO2＋CO2 利用碳酸鈉溶液吸收氮的氧化物比較經(jīng)濟，但處理后的尾氣中氮的氧化物的含量仍難以達到排放標準，人們又采用催化還原法凈化尾氣。 2．催化還原法 H2＋NO2===NO＋H2O 2H2＋2NO===N2＋2H2O CH4＋4NO2===4NO＋CO2＋2H2O CH4＋4NO===2N2＋CO2＋2H2O 在催化劑存在的條件下，利用各種燃料氣中的甲烷、氫氣等將氮的氧化物還原為氮氣和水，使尾氣中氮的氧化物的含量降低，達到甚至低于排放標準。 　在硝酸生產(chǎn)過程所排放出來的廢氣中含有NO和NO2，它們污染環(huán)境，現(xiàn)用氨催化還原法將它們轉化為無毒氣體(填名稱)____________直接排入空氣中，寫出有關反應的化學方程式_________________________________。 假設NO和NO2的物質的量之比恰好為1∶1，則兩者的混合物相當于一種酸酐，寫出用燒堿溶液吸收這種酸酐的化學方程式___________________________________。 【解析】　硝酸的酸酐是N2O5，和NaOH反應生成NaNO3，亞硝酸的酸酐是N2O3，和NaOH反應生成NaNO2。 【答案】　氮氣　6NO＋4NH35N2＋6H2O、6NO2＋8NH3===7N2＋12H2O　N2O3＋2NaOH===2NaNO2＋H2O 2．汽車尾氣中的烴類、CO、NOx和SO2是城市空氣的重要污染源，治理方法之一是在汽車排氣管上加裝“催化轉化器”，它使CO和NOx反應可生成參與大氣循環(huán)的無毒氣體，并使烴類充分燃燒及SO2轉化，下列說法錯誤的是 (　　) A．CO和NOx反應的化學方程式為：2xCO＋2NOx2xCO2＋N2 B．此方法的缺點是由于SO3增多，會提高空氣的酸度 C．多植樹造林，增大綠化面積，可有效控制城市空氣的各種污染源 D．汽車改用天然氣、液化氣燃料或開發(fā)新能源，都會減少對空氣的污染 【解析】　由CO、NOx反應生成參與大氣循環(huán)的無毒氣體及原子守恒得出，A正確；由SO2的轉化(在空氣中)知道應生成SO3，SO3結合空氣中的水蒸氣生成硫酸酸霧，提高了空氣的酸度，B正確；植樹造林能凈化空氣但不能控制污染源，C錯誤；天然氣、液化氣是潔凈燃料，D正確。 【答案】　C 【教師備課資源】 玻爾巧藏諾貝爾金質獎章 第二次世界大戰(zhàn)中，玻爾被迫離開將要被德國占領的祖國。他將諾貝爾金質獎章溶解在一種溶液里，裝于玻璃瓶中。后來，納粹分子竄進玻爾的住宅，那瓶溶有獎章的溶液就在眼皮底下，他們卻一無所知。那么，玻爾是用什么溶液使金質獎章溶解的呢？他用的溶液叫王水，是濃硝酸和濃鹽酸按1∶3的體積比配制成的混合溶液。王水的氧化能力比硝酸強，不溶于硝酸的金，卻可以溶解在王水中。 　氮是蛋白質的基本組成元素之一，所以生物體均含氮元素，氮循環(huán)涉及生物圈的全部領域，以下關于氮被生物體吸收的途徑敘述正確的是(　　) ①氮在大氣中含量高達78%，可被生物體直接利用 ②通過雷雨放電等一系列反應可將空氣中游離態(tài)的氮轉化為硝酸鹽，而被植物吸收 ③所有植物都具有生物固氮作用，其根部根瘤菌可使氮氣轉變?yōu)橄跛猁}，而被植物吸收 ④動物以植物為食而獲得氮并轉化為動物蛋白 ⑤動物死亡后，其遺骸中的蛋白質被微生物分解成NH、NO、NH3，又回到土壤和水體中，被植物再次吸收 A．①⑤　　　　　　　　　B．④⑤ C．②④⑤ D．②④ 【答案】　C 1．工業(yè)制HNO3的3個反應： 4NH3＋5O24NO＋6H2O 2NO＋O2===2NO2 3NO2＋H2O===2HNO3＋NO 2．處理硝酸工業(yè)尾氣的2種方法： (1)堿液吸收法；(2)催化還原法。 1．下列過程：①豆科植物根瘤菌將N2轉化為氮肥；②雷雨時雨水中存在一定量硝酸；③工業(yè)上將N2合成氨；④用氨氧化法制硝酸，其中屬于固氮的是(　　) A．①②③　　　　　　　 B．②③④ C．①③④ D．①②③④ 【解析】　將游離態(tài)的氮轉變成含氮化合物的過程叫固氮。 【答案】　A 2．硝酸工業(yè)中，不涉及的反應是(　　) A．4NH3＋5O24NO＋6H2O B．3NO2＋H2O===2HNO3＋NO C．NH3＋HNO3===NH4NO3 D．2NO2＋Na2CO3===NaNO2＋NaNO3＋CO2 【解析】　工業(yè)制硝酸過程中，涉及A、B兩項反應；尾氣處理過程中涉及D項反應。 【答案】　C 3．下列有關氨氧化法制硝酸的說法不正確的是(　　) A．氨氧化法制硝酸關鍵的一步是尋找催化劑使NH3轉化為NO的產(chǎn)率增大 B．由3NO2＋H2O2HNO3＋NO可知整個生產(chǎn)過程中，從理論上說消耗1 mol NH3僅生成 mol HNO3 C．全壓法吸收NO2比常壓吸收NO2得到的HNO3溶液的濃度大 D．工業(yè)上用Mg(NO3)2做脫水劑由60%～70%的HNO3溶液獲得95%～100%的濃HNO3 【解析】　由于NH3與O2反應生成NO、N2、N2O的速率均很大，工業(yè)上就采用催化劑，利用它的選擇性，增大NH3生成NO的速率，來提高NO的產(chǎn)率。分析整個過程，從理論上說，由于充入了過量的O2，使得反應循環(huán)進行，1 mol NH3能生成1 mol HNO3。常壓吸收NO2得HNO3的質量分數(shù)低于50%的稀HNO3，全壓吸收NO2后，HNO3的質量分數(shù)可達60%～70%。 【答案】　B 4．(雙選)在氨氧化法制硝酸中，二氧化氮的吸收反應如下：3NO2＋H2O2HNO3＋NO(正反應為放熱反應)為了提高硝酸的產(chǎn)率，應該采取的措施是(　　) A．降低溫度 B．升高溫度 C．減小壓強 D．增大壓強 【解析】　該平衡為正反應氣體體積縮小的放熱反應，故增大壓強、降低溫度可使平衡向右移動，提高硝酸的產(chǎn)率。 【答案】　AD 5．汽車尾氣主要含有CO2、CO、SO2、NO及汽油、柴油等物質，這種尾氣越來越成為城市空氣污染的主要來源，必須予以治理。治理的方法之一是在汽車的排氣管上裝一個“催化轉化器”(用鉑、鈀合金做催化劑)。它的特點是使CO與NO反應，生成可參與大氣生態(tài)環(huán)境循環(huán)的無毒氣體，并促使汽油、柴油等物質充分燃燒及SO2的轉化。 (1)寫出CO與NO反應的化學方程式：__________。 (2)控制或者減少城市汽車尾氣污染的方法可以有__。 A．開發(fā)氫能源 B．使用電動車 C．限制車輛行駛 D．戴上呼吸面具 【解析】　(1)題干中的信息，生成“參與大氣生態(tài)環(huán)境循環(huán)的無毒氣體”，即CO2和N2：2CO＋2NON2＋2CO2。 (2)控制或減少汽車尾氣污染，不是污染后再治理。 【答案】　(1)2CO＋2NON2＋2CO2 (2)AB 1．下列氣體能造成空氣中光化學煙霧污染的是(　　) A．CO2　　　　　　　　　B．CO C．NO2 D．氯氣 【答案】　C 2．關于NO的下列敘述不正確的是(　　) A．NO可以是某些含低價N元素物質被氧化的產(chǎn)物 B．NO不是亞硝酸酐 C．NO可以是某些含高價N元素物質被還原的產(chǎn)物 D．NO是紅棕色氣體 【解析】　NO中N為＋2價，故NO既有氧化性，又有還原性，可以為低價含N物質失去電子被氧化的產(chǎn)物，也可為高價含N物質得到電子被還原的產(chǎn)物。N2O3為亞硝酸酐。D項不正確，NO為無色。 【答案】　D 3．化工生產(chǎn)中的廢氣和汽車尾氣的排放是造成大氣污染的主要原因。下列氣體經(jīng)過處理后可用做燃料的是(　　) A．硫酸工業(yè)尾氣 B．硝酸工業(yè)尾氣 C．汽車尾氣 D．高爐煤氣 【解析】　各選項與主要污染物的對應關系是：A——二氧化硫、三氧化硫；B——一氧化氮、二氧化氮；C——一氧化碳、二氧化碳、一氧化氮、二氧化氮和烴；D——一氧化碳、二氧化碳。由于汽車尾氣很分散，而目前甚至于今后一段時間內，將汽車尾氣轉化為燃料還不現(xiàn)實，故選D。 【答案】　D 4．(xx淮北高二測試)在體積為V L的密閉容器中通入a mol NO和b mol O2。反應后容器內氮原子數(shù)和氧原子數(shù)之比為(　　) A. B. C. D. 【解析】　根據(jù)原子守恒得答案為：。 【答案】　C 5．用銅鋅合金制成的假金元寶騙人的事件屢有發(fā)生，下列不易區(qū)別其真?zhèn)蔚姆椒ㄊ?　　) A．測定密度 B．放入硝酸中 C．觀察外觀 D．放入鹽酸中 【解析】　Au很不活潑，不溶于單一的酸溶液，Zn、Cu相對Au而言較活潑。從外觀顏色上看假金元寶與真的相同，不易分辨，但從其成分而言，假的是銅鋅合金，真的是純度很高的金，Zn能溶于鹽酸，Zn、Cu均能溶于硝酸，均有氣泡產(chǎn)生，而Au則不與鹽酸或硝酸反應；從密度而言，金的密度大于銅、鋅的密度。 【答案】　C 6．大氣污染是環(huán)境污染的一個重要方面 ，常見的大氣污染物分一次污染物和二次污染物。二次污染物是排入環(huán)境中的一次污染物在物理化學因素或生物作用下發(fā)生變化，或與環(huán)境中的其他物質發(fā)生反應，生成新的污染物。如2NO＋O2===2NO2，NO2就是二次污染物，由NO2導致的污染就是NO的二次污染。下列物質：①SO2，②NO，③NO2，④氯化氫，⑤CO2，不易導致二次污染的是(　　) A．①②③④⑤ B．①③⑤ C．④⑤ D．④ 【解析】　SO2在空氣中能生成H2SO3，也能生成SO3，易導致二次污染；NO能生成NO2造成二次污染；3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，其中HNO3和NO導致的污染為NO2的二次污染；而HCl不易造成二次污染(比較穩(wěn)定)；CO2不是污染物，也不會造成二次污染。 【答案】　C 7．下列反應既屬于離子反應，又屬于氧化還原反應的是(　　) A．4NH3＋5O24NO＋6H2O B．2NO＋O2===2NO2 C．3NO2＋H2O===2HNO3＋NO D．N2O3＋2NaOH===2NaNO2＋H2O 【解析】　A、B兩項反應不屬于離子反應；D項反應不屬于氧化還原反應。 【答案】　C 8．已知氮的氧化物跟NaOH溶液發(fā)生的化學反應如下：2NO2＋2NaOH===NaNO3＋NaNO2＋H2O，NO2＋NO＋2NaOH===2NaNO2＋H2O，現(xiàn)有m mol NO2和n mol NO組成的混合氣體，需用NaOH溶液使其完全吸收至無氣體剩余。已知NaOH物質的量濃度為a mol L－1，則需該NaOH溶液的體積是(　　) A. L B. L C. L D. L 【解析】　根據(jù)氣體全部被吸收，生成的鹽是NaNO3和NaNO2，可知鈉原子的物質的量等于氮原子的物質的量，即n(NaOH)＝n(NO2＋NO)＝(m＋n)mol，所以NaOH溶液的體積為 L。 【答案】　D 9．(xx南陽高二測試)將20 mL二氧化氮和氨氣的混合氣體，在一定條件下充分反應，化學方程式是6NO2＋8NH37N2＋12H2O，已知參加反應的二氧化氮比氨氣少2 mL(氣體體積均在相同狀況下測定)，則原混合氣體中二氧化氮和氨氣的物質的量之比是：①3∶2　②2∶3?、?∶7　④3∶4，正確的組合為(　　) A．①③ B．②③ C．②④ D．①④ 【解析】　注意到給予的反應為一可逆反應。NO2、NH3均不可能完全消耗。NO2比NH3少消耗了2 mL，具體關系應該為NO2消耗6 mL，NH3消耗8 mL，兩種物質共消耗了14 mL，剩余6 mL，具體剩余的NO2、NH3各有多少，依據(jù)起始的投入來決定。起始投入不確定時，具體剩余的NO2、NH3體積也不確定。反過來，不知道剩余的NO2、NH3體積也就無法確定起始給予的NO2、NH3各多少體積。但是，用極端假設法可以確定起始給予的NO2、NH3的體積范圍。假若剩余的氣體全部為NO2，則原NO2有(6＋6)mL＝12 mL，NH3有8 mL，原混合氣體中二氧化氮和氨氣的物質的量之比是3∶2。假若剩余的氣體全部為NH3，則原NH3有(8＋6)mL＝14 mL，NO2有6 mL，原混合氣體中二氧化氮和氨氣的物質的量之比是3∶7，故原混合氣體中<<。 【答案】　C 10．將m g氨通過氨氧化法完全制成硝酸，且將硝酸全部溶解在反應中生成的水里制成濃硝酸，其質量分數(shù)為(　　) A．77.8% B．50% C．63.5% D．98% 【解析】　根據(jù)4NH3＋5O2===4NO＋6H2O,4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3得關系式：NH3＋2O2===HNO3＋H2O，故溶液相當于1 mol水中溶解1 mol HNO3，故質量分數(shù)為100%＝77.8%。 【答案】　A 11．硝酸工業(yè)尾氣的凈化方法有多種。 (1)堿液吸收是一種常用的方法。工業(yè)上常用純堿溶液來吸收尾氣中的氮的氧化物，反應的化學方程式為____________________。如果希望吸收產(chǎn)物全部為硝酸鈉，可用硝酸處理所得的吸收液，試寫出反應的化學方程式________________________________________________________________________。 (2)催化還原法是用還原劑在有催化劑存在的條件下來還原氮的氧化物。如果以NH3為還原劑，可分別將尾氣中的NO和NO2還原成N2和H2O，寫出這兩個反應的化學方程式________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 【答案】　(1)2NO2＋Na2CO3===NaNO2＋NaNO3＋CO2 NaNO2＋2HNO3===NaNO3＋2NO2↑＋H2O (2)4NH3＋6NO5N2＋6H2O,8NH3＋6NO27N2＋12H2O 12．某化學小組的同學設計了如圖的實驗裝置。 將氨氣與過量的氧氣通入硬質玻璃管中，管中裝有Cr2O3催化劑，用酒精燈加熱。 (1)氨氣催化氧化的化學方程式是________________________________________________________________________ ________；試管內氣體變?yōu)榧t棕色，該反應的化學方程式是________________________________________________________________________。 (2)停止反應后，立即關閉試管的兩個活塞，一段時間后，將試管浸入冰水中，試管內氣體顏色__________，原因是________________________________________________________________________。 【答案】　(1)4NH3＋5O24NO＋6H2O　2NO＋O2===2NO2　(2)變淺　存在2NO2N2O4的平衡，降溫平衡右移 13．工業(yè)合成氨與制備硝酸一般可連續(xù)生產(chǎn)，流程如下： (1)某溫度下體積為200 L的氨合成塔中，測得如下數(shù)據(jù)： 　　　時間(h) 濃度(molL－1)　　　 0 1 2 3 4 N2 1.500 1.400 1.200 c1 c1 H2 4.500 4.200 3.600 c2 c2 NH3 0 0.200 0.600 c3 c3 根據(jù)表中數(shù)據(jù)計算0～2小時內N2的平均反應速率為________molL－1h－1。 若起始時與平衡時的壓強之比為a，則N2的轉化率為________(用含a的代數(shù)式表示)。 (2)氨氣和氧氣從145 ℃就開始反應，在不同溫度和催化劑條件下生成不同產(chǎn)物(如圖)： 4NH3＋5O24NO＋6H2O　K1＝11053(900 ℃) 4NH3＋3O22N2＋6H2O　K2＝11067(900 ℃) 溫度較低時以生成________為主，溫度高于900 ℃時，NO產(chǎn)率下降的原因________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 吸收塔中需要補充空氣的原因________________________________________________________________________。 (3)尾氣處理時小型化工廠常用尿素作為氮氧化物的吸收劑，此法運行費用低，吸收效果好，不產(chǎn)生二次污染，吸收后尾氣中NO和NO2的去除率高達99.95%。其主要的反應為氮氧化物混合氣與水反應生成亞硝酸，亞硝酸再與尿素[CO(NH2)2]反應生成CO2和N2，請寫出有關反應化學方程式：________________________________________________________________________， ________________________________________________________________________。 【解析】　(1)由反應速率的計算表達式，可求出v(N2)＝(1.5 molL－1－1.2 molL－1)/2 h＝0.15 molL－1h－1。設N2轉化x mol。 　N2?。?H2　　2NH3 起始 1.5 4.5 0 平衡 1.5－x 4.5－3x 2x 轉化 x 3x 2x 由同溫、同體積時，壓強之比等于物質的量之比得：＝a，解得x＝3(1－)，N2%＝100%＝2(1－)100%。 (2)從圖中不難讀出低溫生成N2，高溫生成NO，但當高于900 ℃時，反應逆向移動，故NO的產(chǎn)率減小。再通入空氣，相當于增加反應物，平衡正向移動，NH3的轉化率進一步提高，使硝酸產(chǎn)量增加。 (3)根據(jù)題中信息，可寫出反應物和產(chǎn)物，關鍵運用化合價和原子守恒來配平。 【答案】　(1)0.15　2(1－1/a)100% (2)N2　生成NO的反應為放熱反應，升高溫度轉化率下降　進一步與NO反應生成硝酸 (3)NO＋NO2＋H2O===2HNO2 CO(NH2)2＋2HNO2===CO2↑＋2N2↑＋3H2O 14．如果化肥廠用NH3制備NH4NO3，已知由NH3制NO的產(chǎn)率為96%，NO制硝酸的產(chǎn)率為92%，HNO3跟NH3反應生成NH4NO3，則制HNO3所用去的NH3的質量占總消耗NH3的質量分數(shù)是多少？ 【解析】　由4NH3＋5O24NO＋6H2O 4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3 NH3＋HNO3===NH4NO3 可得：NH3～HNO3～NH4NO3 解法一：設制備NH4NO3總質量為80 t，則制備HNO3總質量為63 t，則與HNO3反應的NH3為17 t，設制備HNO3所用去的NH3的質量為x，根據(jù)關系式有x96%92%＝17 t，解得x＝19.25 t。 占總消耗氨量的質量分數(shù)為100%＝53.1%。 解法二：若設制備NH4NO3 1 mol，則與HNO3反應的NH3應為1 mol，需制得1 mol HNO3。設制1 mol HNO3用去NH3的物質的量為x，則有x96%92%＝1 mol，x＝1.13 mol，100%＝53.1%。這種運用物質的量關系進行計算的方法顯得更為簡捷。 【答案】　53.1% 一、空氣分離 二、合成氨工業(yè) 合成氨) 合成氨工業(yè)簡述)) 三、硝酸的制法 1．實驗室制法 硝酸鹽與濃H2SO4微熱 NaNO3(固)＋H2SO4(濃)NaHSO4＋HNO3↑ 2．工業(yè)制法 氨的催化氧化法 (1)原理： 4NH3＋5O24NO＋6H2O　ΔH<0 2NO＋O2===2NO2 3NO2＋H2O===2HNO3＋NO(循環(huán)操作) (2)尾氣處理：用堿液吸收 NO＋NO2＋2NaOH===2NaNO2＋H2O 2NO2＋2NaOH===NaNO3＋NaNO2＋H2O 或2NO2＋Na2CO3===NaNO2＋NaNO3＋CO2 氮的氧化物溶于水的計算問題 1.NO2或NO2與NO(非O2)的混合氣體溶于水時可依據(jù)3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，利用氣體體積變化差值進行計算。 2．NO2和O2的混合氣體溶于水時，由4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3可知，當體積比 V(NO2)∶V(O2) 3．NO和O2同時通入水中時，其反應是： 2NO＋O2===2NO2 4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3 總反應式為4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3 當體積比 V(NO)∶V(O2) 　將盛有25 mL一氧化氮、二氧化氮混合氣體的量筒，倒立于水槽中，反應后氣體體積縮小為15 mL，則原混合氣體中一氧化氮與二氧化氮的體積比是(　　) A．2∶3　　B．3∶2　　C．4∶1　　D．1∶4 【解析】　應用反應前后氣體體積之差計算。 一氧化氮不溶于水，二氧化氮與水反應：3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，由反應方程式可知3體積的NO2被水充分吸收后生成1體積NO，體積減少2體積，現(xiàn)由25 mL縮小至15 mL，氣體體積減少了10 mL，故原NO、NO2混合氣體中NO2的體積為15 mL，NO為25 mL－15 mL＝10 mL；原混合氣體中NO和NO2的體積比為10∶15＝2∶3。 【答案】　A 化學反應中物質的兩率及其應用 1.反應物的轉化率 (1)定義：化學反應中某反應物的實際反應量與實際投入量之比(通常用百分數(shù)表示)叫做該反應物的轉化率，即 某反應物的轉化率＝100%， 反應物的轉化率又叫做反應物的利用率。 (2)反應物轉化率的特性 ①反應物的轉化率總是小于1。 ②某種反應物的轉化率等于該物質中某種元素的轉化率。 ③某反應物的轉化率與該反應物的損失率之和為1。 ④在相關聯(lián)的多步反應中，在各分步反應中保持元素質量守恒關系的幾種反應物，其轉化率的乘積等于某一種反應物的總轉化率。 2．生成物的產(chǎn)率 (1)定義：化學反應中某生成物的實際生成量與理論生成量之比(通常用百分數(shù)表示)叫做該生成物的產(chǎn)率，即 某生成物的產(chǎn)率＝100%。 (2)生成物產(chǎn)率的特性 ①生成物的產(chǎn)率總是小于1。 ②生成物的產(chǎn)率跟與該生成物保持元素質量守恒的反應物的轉化率相等。 　化學反應4FeS2＋11O22Fe2O3＋8SO2中，實際投入FeS2 1.5 t，實際反應1.2 t，實際生成SO2 1.28 t，理論上生成SO2 1.6 t，則：FeS2的轉化率為________，SO2的產(chǎn)率為________。 【解析】　FeS2的轉化率＝100%＝80%，SO2的產(chǎn)率＝100%＝80%。 【答案】　80%　80% 1．對于可逆反應：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)(正反應為放熱反應)，下列說法中正確的是(　　) A．達到平衡后加入N2，當重新達到平衡時，NH3的濃度比原平衡的大，H2的濃度比原平衡也大 B．達到平衡后，升高溫度，既加快了正、逆反應的速率，又提高了NH3的產(chǎn)率 C．達到平衡后，縮小容器的體積，既有利于加快正、逆反應速率，又有利于提高氫氣的轉化率 D．加入催化劑可以縮短達到平衡的時間，是因為正反應速率增大了，逆反應速率減小了 【解析】　達到平衡后，加入N2平衡向正反應方向移動，NH3的濃度增大了，而H2的濃度會減小；達到平衡后，升高溫度，正、逆反應速率都增大，但平衡向逆反應方向移動，不利于NH3的生成；達到平衡后，縮小體積即增大壓強，正、逆反應速率都增大，平衡向正反應方向移動，有利于提高H2的轉化率；加入催化劑，能同等程度地增大正、逆反應速率，縮短反應達到平衡的時間。 【答案】　C 2．盛滿等體積NO和NO2的混合氣體的試管，倒置在水槽中，反應完畢后液面上升的高度是試管的(　　) A．1/2　　　B．1/3　　　C．2/3　　　D．5/6 【答案】　B 3．體積比為2∶3的N2和H2的混合氣體，在一恒溫恒壓裝置中發(fā)生反應。達到平衡時，容器內氣體的密度變?yōu)榉磻_始時的5/4，則N2的轉化率為(　　) A．50% B．37.5% C．25% D．12.5% 【解析】　設開始時N2、H2分別為2 mol、3 mol，共有5 mol。由于氣體總質量守恒，所以恒溫恒壓條件下，氣體密度與體積成反比，即氣體密度與氣體總物質的量成反比，平衡混合氣體共有5 mol4/5＝4 mol，氣體減少1 mol，即生成1 mol NH3，反應了0.5 mol N2，則N2的轉化率為100%＝25%。 【答案】　C 4．用3 mol NH3氧化制備HNO3時，若NH3的轉化率為60%，(其他過程完全轉化)則制得HNO3的質量為(　　) A．63 g B．113.4 g C．126 g D．189 g 【解析】　由關系式：NH3～NO～NO2～HNO3可知 轉化生成的n(HNO3)＝n(NH3)60%＝3 mol60%＝1.8 mol。 m(HNO3)＝63 gmol－11.8 mol＝113.4 g。 【答案】　B 5．一定溫度下，某密閉容器里發(fā)生可逆反應：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)(正反應吸熱)，當達到平衡時，測得各物質均為n mol。欲使H2的平衡濃度增大1倍，其他條件不變時，下列措施可采用的是(　　) A．升高溫度 B．再通入n mol CO和n mol H2O(g) C．再通入2n mol CO2和2n mol H2 D．使用催化劑 【解析】　欲使H2的平衡濃度增大1倍，即H2的物質的量為2n mol。升溫雖然可以使平衡右移，但原平衡中CO和H2O只有n mol，不能完全轉化為H2，所以H2的物質的量不可能增加到2n mol；同理，再通入n mol CO和n mol H2O也不能完全轉化為H2；使用催化劑不改變平衡時各物質的量。 【答案】　C 6．某溫度時，容積為V L的密閉容器中放有1.2 mol氨氣，達到平衡時有80%的氨氣分解為氮氣和氫氣，此時容器內的壓強為氨分解前壓強的(　　) A．0.9倍 B．2.7倍 C．1.8倍 D．3.6倍 【解析】　溫度、體積一定時，氣體壓強之比等于物質的量之比。根據(jù)反應前后的差量關系，分解的NH3的量，也就是氣體增加的量，所以NH3分解80%，氣體物質的量增加80%，壓強增大80%。 【答案】　C 7．實驗室模擬合成氨和氨催化氧化的流程如下： 已知實驗室可用飽和亞硝酸鈉(NaNO2)溶液與飽和氯化銨溶液經(jīng)加熱后反應制取氮氣。 (1)從圖中選擇制取氣體的合適裝置：氮氣________、氫氣________。 (2)氮氣和氫氣通過甲裝置，甲裝置的作用除了將氣體混合外，還有________、________。 (3)將氨合成器出來經(jīng)冷卻的氣體連續(xù)通入乙裝置的水中吸收氨，________(填“會”或“不會”)發(fā)生倒吸，原因是____________。 (4)用乙裝置吸收一段時間氨后，再通入空氣，同時將經(jīng)加熱的鉑絲插入乙裝置的錐形瓶內，能使鉑絲保持紅熱的原因是___________________________， 錐形瓶中還可觀察到的現(xiàn)象是________________。 (5)寫出乙裝置中氨氧化的化學方程式___________。 (6)反應結束后錐形瓶內的溶液中含有H＋、OH－、______、________等離子。 【答案】　(1)a　b　(2)干燥氣體　控制氫氣和氮氣的流速 (3)不會　因為混合氣體中含有大量難溶于水的氮氣、氫氣兩種氣體 (4)氨的氧化反應是一個放熱反應　有紅棕色氣體產(chǎn)生 (5)4NH3＋5O24NO＋6H2O (6)NH　NO 8．下圖是工業(yè)生產(chǎn)硝酸的流程。 合成塔中內置鐵觸媒，氧化爐中內置Pt－Rh合金網(wǎng)。 請回答下列問題： (1)1908年化學家哈伯在實驗室首次合成了氨。xx年化學家格哈德埃特爾在哈伯研究所證實了氫氣與氮氣在固體催化劑表面合成氨的反應過程。示意如下： 分別表示N2、H2、NH3。圖⑤表示生成的NH3離開催化劑表面，圖②和圖③的含義分別是_______。 (2)合成氨反應的化學方程式為N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，寫出該反應的化學平衡常數(shù)表達式K＝______。在一定溫度和壓強下，將H2和N2按3∶1(體積比)混合后進入合成塔，反應達到平衡時，平衡混合氣中NH3的體積分數(shù)為15%，此時H2的轉化率為________。 (3)已知：①4NH3(g)＋3O2(g)===2N2(g)＋6H2O(g)　ΔH＝－1 266.8 kJmol－1 ②N2(g)＋O2(g)===2NO(g)　ΔH＝＋180.5 kJmol－1 氨催化氧化的熱化學方程式為_________________。 (4)吸收塔中通入空氣的目的是_________________。 【答案】　(1)圖②表示N2、H2被吸附在催化劑表面，圖③表示在催化劑表面，N2、H2中化學鍵斷裂 (2)　26% (3)4NH3(g)＋5O2(g)===4NO(g)＋6H2O(g) ΔH＝－905.8 kJmol－1 (4)使NO循環(huán)利用，進一步轉化成HNO3