Question

某�；瘜W興趣小組的同學擬用以下流程研究工業(yè)合成氨以及氨氧化法制硝酸，氨氧化法制硝酸最關鍵的一步是讓氨氣與氧氣在有催化劑存在的高溫條件下反應生成NO，請據(jù)此回答下列問題：

（1）流程第④步用于制取氨氣，該步的化學方程式為

 

．
（2）產(chǎn)生的氨氣與過量的氧氣混合后在第⑦步反應，用酒精噴燈加熱，則氨催化氧化的化學方程式是

 

；經(jīng)第⑧步凈化后收集到的氣體為紅棕色，試解釋其原因

 

；將收集到的氣體浸入冰水中，試管內(nèi)氣體顏色變淺，請結合化學方程式說明原因

 

．
（3）若用一大試管收集產(chǎn)生的氣體48mL，然后將此大試管倒置于盛滿水的水槽中，保持溫度和壓強不變，待液面穩(wěn)定后，容器中剩余24mL氣體，則原混合氣體的組成為

 

，若在剩余24mL氣體中通入24mLO₂，待液面穩(wěn)定后氣體體積為

 

，在原混合氣體中通入

 

mL O₂，水將充滿整個試管．

Answer 1

分析：（1）根據(jù)第④步是氮氣和氫氣在高溫、高壓以及催化劑的條件下生成氨氣來書寫化學方程式；
（2）根據(jù)氨催化氧化是氨氣和氧氣在鉑作催化劑和一定溫度下反應生成一氧化氮和水；根據(jù)一氧化氮與氧氣反應生成二氧化氮，二氧化氮紅棕色氣體；根據(jù)NO₂為紅棕色氣體，N₂O₄為無色氣體以及溫度對平衡2NO₂?N₂O₄△H＜0的影響；
（3）由題意以及二氧化氮和水反應的方程式為：3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO，可知氣體的成分為二氧化氮和一氧化氮，利用差量法根據(jù)方程式3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO來計算各自的成分；
根據(jù)一氧化氮、氧氣與水反應的方程式：4NO+3O₂+2H₂O=4HNO₃來計算；
根據(jù)二氧化氮和水反應的方程式為：3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO以及一氧化氮、氧氣與水反應的方程式：4NO₂+O₂+2H₂O=4HNO₃來計算；

解答：解：（1）第④步是氮氣和氫氣在高溫、高壓以及催化劑的條件下反應生成氨氣，反應的化學方程式為：
N₂+3H₂

高溫高壓

催化劑

2NH₃，
故答案為：N₂+3H₂

高溫高壓

催化劑

2NH₃；
（2）氨催化氧化是氨氣和氧氣在鉑作催化劑和一定溫度下反應生成一氧化氮和水，化學方程式為：4NH₃+5O₂

催化劑  .

4NO+6H₂O；
NO與氧氣反應生成NO₂：2NO+O₂=2NO₂，NO₂為紅棕色氣體，所以凈化后收集到的氣體為紅棕色；
NO₂氣體中存在平衡2NO₂?N₂O₄△H＜0，收集到的氣體浸入冰水中，溫度降低，平衡正向移動，紅棕色氣體NO₂轉變?yōu)闊o色氣體N₂O₄，所以試管內(nèi)氣體顏色變淺，
故答案為：4NH₃+5O₂

催化劑  .

4NO+6H₂O；NO與氧氣反應生成紅棕色的NO₂；NO₂氣體中存在平衡2NO₂?N₂O₄△H＜0，收集到的氣體浸入冰水中，溫度降低，平衡正向移動，紅棕色氣體NO₂轉變?yōu)闊o色氣體N₂O₄，所以試管內(nèi)氣體顏色變淺；
（3）由題意以及二氧化氮和水反應的方程式為：3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO，可知氣體的成分為二氧化氮和一氧化氮，
  3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO△V
  3              1     2
  36mL         12mL   24mL
則原氣體中二氧化氮的體積為36mL，一氧化氮的體積為48mL-36mL=12mL，所以反應后氣體為一氧化氮，體積為24mL；
若在剩余24mL氣體中通入24mLO₂，發(fā)生反應：
   4NO+3O₂+2H₂O=4HNO₃
    4   3
  24mL  24mL
氧氣過量，參加反應的氧氣為18mL，過量的氧氣為6mL，
原氣體中二氧化氮的體積為36mL，一氧化氮的體積為12mL，原混合氣體中通入氧氣，先發(fā)生反應：
   3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO
   36mL         12mL
所以反應后一氧化氮的體積為24mL，后發(fā)生反應 4NO₂+O₂+2H₂O=4HNO₃，若要水將充滿整個試管，則氣體恰好反應：
  4NO+3O₂+2H₂O=4HNO₃
  4    3
 24mL  18mL
故答案為：36mLNO₂和12mLNO；6mL；18；

點評：本題主要考查了工業(yè)制硝酸的原理和化學計算，計算時依據(jù)反應方程式即可解答，難度中等．