Question

【題目】氮的單質(zhì)及其化合物在生活和生產(chǎn)中有很重要的用途。

（1）氨是合成硝酸、銨鹽和氮肥的基本原料。在一定條件下用氮氣和氫氣合成氨氣，然后再用氨氧化法制取硝酸。在整個生產(chǎn)過程中，氮氣的利用率為85%。寫出氨氧化法制取硝酸的反應(yīng)式____________現(xiàn)有0.2t液態(tài)氮，能生產(chǎn)出濃度為40%的硝酸______________千克。

（2）向27.2 g Cu和Cu2O的混合物中加入某濃度的稀硝酸0.5 L，固體物質(zhì)完全反應(yīng)，生成NO和Cu(NO3)2。在所得溶液中加入1.0 mol·L-1的NaOH溶液1.0 L，此時溶液呈中性。金屬離子已完全沉淀，沉淀質(zhì)量為39.2 g。

①Cu與Cu2O的物質(zhì)的量之比？____________

②硝酸的物質(zhì)的量濃度？___________

（3）將30mLNO和O2混合氣體通入過量NaOH溶液中，充分反應(yīng)后，溶液中只含兩種溶質(zhì)（不考慮水解），且剩余氣體體積為2mL。求原混合氣體中NO和O2體積比？______________

Answer 1

【答案】4NH3+5O24NO+6H2O，2NO+O2=2NO2，3NO2+H2O=2HNO3+NO 1912.5 2∶1 2.4mol/L 3：2或8：7

【解析】

(1)氨氧化法制取硝酸流程為：氨氣催化氧化生成NO，然后NO與氧氣反應(yīng)生成NO2，最后NO2與水反應(yīng)生成HNO3；根據(jù)關(guān)系式N2～2HNO3計算生產(chǎn)濃度40%的硝酸的質(zhì)量；

(2)在所得溶液中加入1L NaOH溶液，反應(yīng)后溶液呈中性，金屬離子已完全沉淀，溶液中溶質(zhì)為NaNO3，n(NaNO3)=n(NaOH)=1.0mol/L×1.0L=1mol，沉淀為Cu(OH)2，質(zhì)量為39.2g，氫氧化鐵物質(zhì)的量為：=0.4mol，根據(jù)銅元素守恒有n(Cu)+2n(Cu2O)=n[Cu(OH)2]，反應(yīng)后的溶液中n[[Cu(NO3)2]=n[Cu(OH)2]=0.4mol；

①設(shè)Cu和Cu2O的物質(zhì)的量分別為xmol、ymol，根據(jù)二者質(zhì)量及Cu元素物質(zhì)的量列方程計算二者的物質(zhì)的量之比；

②利用電子轉(zhuǎn)移守恒計算n(NO)，根據(jù)N元素守恒可知原硝酸溶液n(HNO3)=n(NO)+n(NaNO3)，根據(jù)Na元素可知n(NaNO3)=n(NaOH)，進而計算硝酸濃度；

(3)氫氧化鈉溶液過量，反應(yīng)后溶液中只含兩種溶質(zhì)，則反應(yīng)生成NaNO3，發(fā)生的反應(yīng)為：4NO+3O2+4NaOH=4NaNO3+2H2O，剩余的氣體可能為氧氣，也可能為NO，根據(jù)反應(yīng)方程式進行討論計算出混合氣體中NO與O2的體積。

(1)氨氧化法制取硝酸的反應(yīng)式：4NH3+5O24NO+6H2O，2NO+O2=2NO2，3NO2+H2O=2HNO3+NO；設(shè)能生產(chǎn)出濃度為40%的硝酸x千克，則：

N2～～～2HNO3

28126

200千克×85% 40%×x千克
則28：126=200千克×85%：40%×x千克，解得x=1912.5；故答案為：4NH3+5O24NO+6H2O，2NO+O2=2NO2，3NO2+H2O=2HNO3+NO； 1912.5；

(2)①在所得溶液中加入NaOH溶液后，此時溶液呈中性，金屬離子已完全沉淀，溶液中溶質(zhì)為NaNO3，n(NaNO3)=n(NaOH)=1.0mol/L×1.0L=1mol，沉淀為Cu(OH)2，質(zhì)量為39.2g，Cu(OH)2的物質(zhì)的量為：=0.4mol，根據(jù)銅元素守恒有：n(Cu)+2n(Cu2O)=n[Cu(OH)2]，所以反應(yīng)后的溶液中n[[Cu(NO3)2]=n[Cu(OH)2]=0.4mol，設(shè)Cu和Cu2O的物質(zhì)的量分別為xmol、ymol，根據(jù)二者質(zhì)量可得：64x+144y=27.2，根據(jù)銅元素守恒有：x+2y=0.4，聯(lián)立方程解得：x=0.2，y=0.1，所以原固體混合物中Cu和Cu2O的物質(zhì)的量之比為2：1，故答案為：2：1；

②根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒可知：3n(NO)=2n(Cu)+2n(Cu2O)，即3n(NO)=2×0.2mol+2×0.1mol，則n(NO)=0.2mol，根據(jù)N元素守恒可知n(HNO3)=n(NO)+n(NaNO3)=0.2mol+1.0mol/L×1.0L=1.2mol，所以原硝酸溶液的濃度為=2.4mol/L，故答案為：2.4mol/L；

(3)氫氧化鈉溶液過量，反應(yīng)后溶液中只含兩種溶質(zhì)，則反應(yīng)生成NaNO3，發(fā)生的反應(yīng)為：4NO+3O2+4NaOH=4NaNO3+2H2O，發(fā)生反應(yīng)的NO和O2的總體積為：30mL-2mL=28mL，
若剩余的2mL為NO時，氧氣體積為28mL×=12mL，NO體積為：30mL-12mL=18mL，原混合氣體中NO和O2體積比18mL：12mL=3：2；若剩余的2mL為氧氣時，NO體積為28mL×=16mL，氧氣體積為：30mL-16mL=14mL，原混合氣體中NO和O2體積比16mL：14mL=8：7；故答案為：3：2或8：7。