20**年高考化学一轮复习考点练习工业制取硝酸.doc

工业制取硝酸

一.选择题(共3小题)

1.下列物质的制备与工业生产相符的是( )

①NH3NO

Cl

2HNO3 漂白粉

Mg

NaHCO3Na2CO3 Al(OH)3Al2O3Al. ②浓HCl③MgCl2(aq)无水MgCl2④饱和NaCl(aq)

⑤铝土矿NaAlO2溶液

A. ①④⑤ B. ①③⑤ C. ②③④ D. ②④⑤

2.与实际化工生产流程相符的叙述是( )

A. 制备硝酸的工业中,理论上氨中的氮元素100%转化为了硝酸

B. 制备硫酸的工业尾气用氢氧化钠溶液吸收

C. 让Cl2在H2中燃烧制氯化氢,将氯化氢气体通入水中获得盐酸

D. 工业上用电解熔融氯化铝和冰晶石的混合物的方法得到铝

3.下列有关工业生产的叙述正确的是( )

A. 硝酸工业中,主要设备有热交换器、转化器和沸腾炉

B. 硫酸工业中,在接触室安装热交换器是为了利用SO3转化为H2SO4时放出的热量

C. 电解精炼铜时,同一时间内阳极溶液铜的质量与阴极析出铜的质量相等

D. 电解饱和食盐水制烧碱采用阳离子交换膜法,可防止阴极室产生的OH进入阳极室

二.填空题(共3小题)

4.硝酸是极其重要的化工原料,工业上将产生的NO2在密闭容器中用水多次反复循环吸收制备硝酸.

(1)工业上用水吸收NO2生产HNO3,生成的气体经多次氧化、吸收的循环操作充分转化为硝酸(假定上述过程无其他损失).试写出上述反应的化学方程式: . ﹣

为了证明NO也可以与氧气和水共同反应生成HNO3,某学生设计了如图所示装置(有关夹持装置已略去).

①检查装置气密性良好后,为观察到NO气体生成,打开K1,关闭K2,应从U形管的长管口注入稀硝酸至 后,迅速关闭K1,观察到U形管内的现象是 . ②装置Ⅲ中发生反应的化学方程式为 .

③蘸NaOH溶液的棉花团的作用是 .

④打开K2,至装置Ⅱ中长玻璃管中的气体呈无色后,打开K3,反应一段时间后,长玻璃管中并未充满液体.设计简单方法检验长玻璃管中的气体是否含NO .

5.某化学课外小组模拟工业生产制取HNO3,设计下图所示装置,其中a为一个可持续鼓入空气的橡皮

球.

请回答下列问题:

(1)写出装置A中主要反应的化学方程式 .

检查装置A的气密性:先将A中导管下端浸入水中,再 .

(3)已知1molNO2与液态水反应生成HNO3溶液和NO气体放出热量45.5kJ,写出该反应的热化学方程式 ,该反应是一个可逆反应,欲要提高NO2的转化率,可采取的措施是

A.升高温度 B.降低温度 C.增大压强 D.减小压强

(4)实验结束后,关闭止水夹b、c,将装置D浸入冰水中,现象是 .

(5)装置C中浓H2SO4的作用是 .

(6)请你帮助该化学小组设计实验室制取NH3的另一方案 (用化学反应方程式表示).

6.硝酸工业在国民经济、国防工业和航天事业中占有重要地位.随着化学纤维、近代有机合成、火箭、导弹等工业的迅速发展,需要使用大量的硝酸.

(1)工业生产中用铂系金属作为催化剂,用氨氧化法制取硝酸.写出用铂铑合金作催化剂由氨氧化制备硝酸的第一步反应的化学方程式 .浓硝酸和浓硫酸的混合酸是有机合成中常用的硝化剂,写出将苯滴入浓硝酸和浓硫酸混合液中,并在50℃﹣﹣60℃反应的化学方程式 .

铜既能与稀硝酸反应,也能与浓硝酸反应,当铜与一定浓度硝酸反应时,可将方程式表示为:Cu+HNO3→Cu(NO3)2+NO↑+NO2↑+H2O (方程式未配平).则硝酸在该反应中的作用是 .如果得到的NO和NO2物质的量相同,写出并配平该反应的离子方程式 ,0.6mol Cu被硝酸完全溶解后,若用排水法收集这些气体,可得标准状况下的气体体积为 .

三.解答题(共12小题)

7

.工业上制取硝酸铵的流程图如图,请回答下列问题:

(1)在上述工业制硝酸的生产中,B设备的名称是 ,其中发生反应的化学方程式为 .

在合成硝酸的吸收塔中通入空气的目的是 .

(3)生产硝酸的过程中常会产生一些氮的氧化物,可用如下两种方法处理:

碱液吸收法:NO+NO2+2NaOH═2NaNO2+H2O

NH3还原法: NH3+ NO2 N2+ H2O

①配平上述反应方程式;

②以上两种方法中,符合绿色化学的是 .

(4)某化肥厂用NH3制备NH4NO3.已知:由NH3制NO的产率是96%、NO制HNO3的产率是92%,则制HNO3,所用去的NH3的质量占总耗NH3质量(不考虑其它损耗)

的 %.

8.硝酸铵是一种重要的工业产品,某工厂制备硝酸铵的流程图如下.请回答下列问题:

(1)在上述工业制硝酸的生产中,B设 备的名称是 ,其中发生反应的化学方程式为 .

1909年化学家哈伯在实验室首次合成了氨,2007年诺贝尔化学奖获得者格哈德•埃持尔在哈伯研究基础上证实了氨气与氮气在固体催化剂表面合成氨的反应过程,示意图如图2:

已知图⑤表示生成的NH3离开催化剂表面,图②和图③的含义分别是 .

(3)在合成氨的设备(合成塔)中,设置热交换器的目的是 ;在合成硝酸的吸收塔中通入空气的目的是 .

(4)若用NH3制取NO的转化率为96%,NO转化则制取HNO3的氨占全部氨的物质的量分数为 .

9.南美洲干旱地区有智利硝石,是制取炸药的重要原料,其主要成分是NaNO3,还含少量NaIO3等可溶盐和不容物.NaNO3溶于水时溶液的温度降低.

(1)以下操作可从智利硝石分理出NaNO3:溶解、 .

用NaNO3和浓硫酸反应可以制取硝酸,反应的化学方程式为 ;热的硝酸会腐蚀橡胶,制取装置中应该用 代替胶管和胶塞.

(3)智利硝石资源有限(曾引起过南太平洋战争),现在工业上制NaNO3主要采用化学合成的方法,涉及的工业制备有(请结合课本知识回答) 、制硝酸、 等;写出工业制硝酸的化学方程式 、 .

10.工业合成氨与制备硝酸可采用如图1流程进行联合生产:

(1)如图2表示了298K时氮气与氢气合成氨反应过程中的能量变化.对于合成氨的反应下列说法正确的是 (填编号).

a.该反应在任意条件下都可以自发进行

b.加入催化剂,能使该反应的E和△H都减小

c.若该反应在298K、398K时的化学平衡常数分别为K1、K2,则K1>K2

d.该反应属于人工固氮

在800℃时,氨与氧气在氨氧化炉中反应的主要产物是NO和H2O.在实际生产中氨的氧化率与混合气中氧氨比{氧气与氨气物质的量比,以γ[n(O2)/n(NH3)]表示}的关系如图3所示.

①在实际生产中,将γ值维持在数值 之间为好.

②实际生产中,通入氨氧化炉的是空气,若使氨的氧化率达到95%,应控制氨在氨、空气混合气体中

的体积分数约为_ (设氧气占空气的体积分数为20%).

(3)由于二氧化氮不能被水完全吸收,因此生成的气体须经过多次氧化、吸收的循环操作,使其充分转化为硝酸(如果不考虑生产过程中的其它损失).

①从理论上分析,要使氨气完全转化为硝酸,则原料氨气和氧气物质的量的投料比至少为 .

②如果按理论上的原料比将原料放在一个具有反应条件的密闭容器中进行,所有物质不与外界交换,则最后所得溶液的质量分数为 .

③循环操作的次数与二氧化氮生成硝酸的转化率具有一定的数学关系.计算一定量的二氧化氮气体大约要经过 次循环操作,才能使二氧化氮的转化率约为96%.

11.HNO3是极其重要的化工原料.工业上制备HNO3采用NH3催化氧化法,将中间产生的NO2在密闭容器中多次循环用水吸收制备的.

(1)工业上用水吸收NO2生产硝酸,生成的尾气经过多次氧化、吸收的循环操作使其充分转化为硝酸(假定上述过程中无其它损失).

①试写出上述反应的化学方程式 .

②设循环操作的次数为n次,试写出NO2→HNO3转化率a与循环次数n之间关系的数学关系式. .

用上述方法制备的HNO3为稀HNO3,将它用水稀释或蒸馏、浓缩可制得不同浓度的HNO3.实验证明:不同浓度的HNO3与同一金属反应可生成不同的还原产物.例如镁与硝酸反应实验中,测得其气相产物有H2、N2、NO、NO2,液液中有Mg(NO3)2、NH4NO3和H2O.生成这些产物的HNO3浓度范围为:H2:c<6.6mol/L;N2和NH4+:c<10.0mol/L;NO:0.10mol/L<c<10.0mol/L;NO2:c>2.0mol/L.各气体产物成分及含量随HNO3的浓度变化曲线如图所示.

①写出Mg与12mol/L的HNO3反应的化学方程式 .

②480mg Mg与0.50L 4.0mol/L的HNO3充分反应,收集到112mL气体(SPT).试通过计算写出反应化学方程式. .

12.氨、硝酸、硝酸铵、硝酸铜是重要的化工产品.工业合成氨与制备硝酸一般可连续生产,流程如流程图:

请回答下列问题:

(1)吸收塔中通入空气的作用是 .下列可以代替硝酸镁加入到蒸馏塔中的是 .

A.浓硫酸 B.氯化钙 C.生石灰 D.硝酸亚铁

制硝酸尾气中的氮氧化物常用尿素[CO(NH2)2]作为吸收剂,其主要的反应为:NO、NO2混合气与水反应生成亚硝酸,亚硝酸再与尿素[CO(NH2)2]反应生成CO2和N2,请写出反应的化学方程式: 、 .

(3)在氧化炉里,催化剂存在时氨气和氧气反应:4NH3+5O2═4NO+6H2O

4NH3+3O2═2N2+6H2O

在不同温度时生成产物如图一所示.在氧化炉里,反应温度通常控制在800℃~900℃的理由是 .

(4)如图二所示装置可用于电解NO制备 NH4NO3,电解总反应方程式为 ,需补充氨气的理由是 .

(5)工业上通常用铜与浓硝酸反应制得光谱纯硝酸铜晶体(化学式为Cu(NO3)2•3H2O,摩尔质量为242g/mol).

已知:25℃、1.01×105Pa时,在密闭容器发生反应:2NO2⇌N2O4,达到平衡时,c(NO2)=0.0400mol/L,c(N2O4)=0.0100mol/L.

现用一定量的Cu与足量的浓高纯度硝酸反应,制得5.00L已达到平衡的N2O4和NO2的混合气体,理论上生成光谱纯硝酸铜晶体的质量为 g.

13

.工业上以氨气为原料(铂铑合金网为催化剂)催化氧化法制硝酸的过程如下:

(1)已知反应一经发生,铂铑合金网就会处于红热状态.写出氨催化氧化的化学方程

式: .当温度升高时,化学平衡常数K值 (填“增大”、“减小”或“不变”)

硝酸厂尾气常用的处理方法是催化还原法:催化剂存在时用H2将NO2还原为N2.

已知:2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)△H=a kJ•mol1 ﹣

N2(g)+2O2(g)=2NO2(g)△H=b kJ•mol1 ﹣

H2O(l)=H2O(g)△H=c kJ•mol1 ﹣

则反应2NO2(g)+4H2(g)=N2(g)+4H2O(l)的△H=.(用a、b、c表示)

(3)①氨气是制取硝酸的重要原料,合成氨反应的化学方程式为N2+3H22NH3,

该反应在固定容积的密闭容器中进行.下列各项标志着该反应达到化学平衡状态的是 (填序号)

A.容器内N2、H2、NH3的浓度之比为1:3:2

B.3v正(N2)=v逆(H2)

C.容器内压强保持不变

D.混合气体的密度保持不变

E.1mol N≡N键断裂,同时1mol H﹣H键断裂

②若在恒温条件下,将N2与H2按一定比例混合通入一个容积为2L的固定容积的密闭容器中,5min后反应达平衡,n(N2)=1mol,n(H2)=1mol,n(NH3)=2mol,则反应速率v(N2)= ,平衡常数K= .若保持容器的温度和容积不变,将上述平衡体系中的混合气体的浓度增大1倍,则平衡 (填“向左”、“向右”或“下”)移动.平衡常数K (填“变大”“变小”“不变”)

14.工业上用氨气与空气的混合气在一定条件下制硝酸,发生的反应是:

①4NH3+5O2→4NO+6H2O

②4NO+3O2+2H2O→4HNO3

设空气中氧气的体积分数为0.20,氮气体积分数为0.80,请完成下列填空及计算:

(1)为使氨气恰好完全氧化为一氧化氮,氨气与空气的混合气中氨的体积分数(用小数表示)为 (保留2位小数).

现将1mol的氨气与12mol的空气混合反应,可得到硝酸 mol;

(3)向上述溶液中加入 mL 20%的硝酸(密度为1.11g/mL),才能得到69%的硝酸溶液.

(4)现有100mol的原料气,其中含氨气为xmol,反应后生成的硝酸ymol.在得到硝酸的条件下,写出x与y的关系式.(写出解题过程)

15.硝酸大量用于制造无机肥料,如硝酸铵、硝酸钙、硝酸磷肥,还广泛用于其他工业生产.硝酸工业生产流程图如图所示:

(1)第﹣步是氨的接触氧化,在一定温度下以铂铑网作为催化剂,写出该反应的化学方程式 .

在吸收塔中用水循环吸收NO2得到硝酸,写出发生反应的化学方程式 ,该过程是放热的,为了使吸收效果更好在吸收过程中需要控制在 条件下.

(3)尾气中含有氮的氧化物,直接排放到空气中会危害环境,写出一项氮的氧化物可能引起的环境问题 .工业上常用纯碱溶液吸收NO2,生成亚硝酸盐、硝酸盐和其他物质,写出该反应的化学方程式 .

16.硝酸的工业制法是用氨氧化法制取,其法以氨和空气为原料,在催化剂的作用下,最后在吸收塔中用水吸收制取硝酸.其具体的工艺流程如下:

请回答下列问题:

(1)从吸收塔中出来的硝酸浓度大约是50%,不能直接用于军工、染料等工业,必须将其进入蒸馏塔制成98%以上的浓硝酸.某中学实验小组,在实验室模拟蒸馏塔中对稀硝酸蒸馏时应注意选择适宜的条件是 .原因是 .(请用化学方程式解释之)

在氧化炉中只发生主反应①和副反应②

4NH3(g)+5O2(g)⇌4NO(g)+6H2O(g);△H=﹣905kJ•mol1① ﹣

4NH3(g)+3O2(g)⇌2N2(g)+6H2O(g);△H=﹣1268kJ•mol1② ﹣

试写出N2氧化为NO的热化学方程式 ;

(3)在氧化炉中催化氧化时,有关物质的产率与温度的关系如下图:

据图可知工业上氨催化氧化生成NO时,应该控制温度在 左右,该反应所使用的催化剂是 .

温度高于900℃时,NO产率下降的可能原因是 .

(4)从氧化炉中出来的气体为什么不直接进入吸收塔,而是进入热交换器?这样做的优点是 .

(5)下列措施可提高氨催化氧化生成NO的产率的是 .

A.降低反应体系的压强

B.实际生产中采用物料比n(O2)/n(NH3)为1.7~2.0

C.研究开发使用效果更好的催化剂 D.升高反应体系的温度.

17.硝酸是一种重要的化工原料,工业上一般以氨气为原料来制备硝酸.请回答:

(1)氨气催化氧化的化学方程式为 .

硝酸厂的尾气直接排放将污染空气,目前科学家探索利用燃料气体中的甲烷等将氮的氧化物还原为氮气和水,反应机理为:

CH4(g)+4NO2(g)═4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H=﹣574kJ•mol1 ﹣

CH4(g)+4NO(g)═2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H=﹣1160kJ•mol1 ﹣

则甲烷直接将NO2还原为N2的热化学方程式为: .

(3)氨气若在纯氧中燃烧,则发生反应为4NH3+3O22N2+6H2O,科学家利用此原理,设计成氨气﹣氧气燃料电池,则通入氨气的电极是 (填“正极”或“负极”);碱性条件下,该电极发生反应的电极反应式为 .

(4)制得的硝酸可以跟金属铜反应生成硝酸铜溶液,用石墨电极电解该硝酸铜溶液,则电解过程中阳极的电极反应式为 .

18.工业上利用氨催化氧化后,经过一系列反应可以制备硝酸.

(1)氨气催化氧化的化学方程式为

某工厂排出的尾气中NOx的含量为0.56%(体积分数),用氨气可以将其转化为无害气体,发生的反应为:6NOx+4xNH3=(3+2x)N2+6xH2O 若处理1×104L(标准状况)该尾气需42.5gNH3,则x= .

(3)NO和CO都是汽车尾气中的有害物质,必须进行处理.为避免污染,常给汽车安装尾气净化装置.净化装置里装有催化剂,气体在催化剂表面吸附与解吸作用的机理如右图所示.写出净化过程中的总化学反应方程式: .

工业制取硝酸

参考答案

一.选择题(共3小题)

1.A 2.A 3.D

二.填空题(共3小题)

4.4NO2+O2+2H2O═4HNO3注入稀硝酸应至U形管右侧胶塞下沿U形管左端液面高于右端,铜丝慢慢溶解,产生无色气体,溶液逐渐变蓝2H2O22H2O+O2吸收氮的氧化物防止 污染环境再打开K3,若观察到长玻璃管中气体迅速变为红棕色,则证明余气含NO,若无颜色变化,则证明不含NO

5.2NH4Cl+Ca(OH)22NH3↑+CaCl2+2H2O用双手紧握大试管底部,导管口有气泡产生,双手离开,导管产生一段水拄,说明装置A不漏气3NO2(g)+H2O(l)=2HNO3(aq)

+NO(g)△H=-136.5kJ•mol-1BC颜色变浅干燥气体、吸收多余的氨气

NH3•H2ONH3↑+H2O

6.4NH3+5O2 4NO+6H2O+HNO3(浓)

2Cu+6H++2NO3-=2Cu2++NO↑+NO2↑+3H2O8.96 L

三.解答题(共12小题)

7.氧化炉4NH3+5O2

还原法53.1 -NO2+H2O氧化性、酸性4NO+6H2O可使NO循环利用,全部转化成HNO386712NH3

8.氧化炉(或氧化器)4NH3+5O24NO+6H2ON2、H2被吸附在催化剂表面;在催化剂表面,N2、H2中化学键断裂利用余热,节约能源可使NO循环利用,全部转化成HNO351%

9.过滤、蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥NaNO3+H2SO4

磨砂接口合成氨氯碱工业4NH3+5O2

2.210.5%1:277.8%3 NaHSO4+2HNO3↑4NO+6H2O4NO+3O2+2H2O=4HNO310.cd1.7~

11.3NO2+H2O=2HNO3+NO,2NO+O2=2NO2a=1-()nMg+4HNO3=Mg(NO3)

2+2NO2↑+2H2O40Mg+100HNO3=5NO↑+3N2↑+H2↑+NO2↑+4NH4NO3+40Mg(NO3)2+41H2O

12.将NO、NO2等氧化为硝酸ANO+NO2+H2O=2HNO2CO(NH2)

2+2HNO2═CO2↑+2N2↑+3H2O800~900℃时副产物N2的产率较低,NO的产率很高.8NO+7H2O

13.4NH3+5O2

14.0.14113.07

15.4NH3+5O23NH4NO3+2HNO3能电解过程中生成的硝酸转化为硝酸铵36.3 4NO+6H2O减小kJ/molBC0.1mol/(L•min)16向右不变 4NO+6H2O3NO2+H2O=2HNO3+NO低温高压光化学烟雾、酸雨、破

坏臭氧层等2NO2+Na2CO3=NaNO3+NaNO2+CO2

16.在低温条件下4HNO34NO2↑+O2↑+2H2ON2(g)+O2(g)═2NO(g)△H=+181.5kJ•mol-1800℃铂或铂铑合金由于生成NO的反应是放热反应,温度升高平衡向逆反应方向移动,故转化率降低由图可知,温度高于900℃时,生成N2的副反应增多.故NO

产率降低这样做既可以降低NO和O2混合气的温度,又可以预热NH3和空气,达到节约能源的目的AB

17.4NH3+5O24NO+6H2OCH4(g)+2NO2(g)=CO2(g)+N2(g)△H=-867kJ/mol负极4NH3+12OH--12e=2N2+12H2O4OH--4e-=O2+2H2O 18.4NH3+5O24NO+6H2O1.52NO+O2+4CO4CO2+N2


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