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化学:工业制硫酸测试题

来源: 2020-07-04 01:30

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.______.
(2)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(NO32、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______.
②480mgMg与0.50L4.0mol/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.______.

答案 : (1)①NO2与水反应生成HNO3和NO,又NO能被O2氧化为NO2;所以上述反应的化学方程式为3NO2+H2O=2HNO3+NO,2NO+O2=2NO2
故答案为:3NO2+H2O=2HNO3+NO,2NO+O2=2NO2
②设起始时NO2物质的量为1 mol,经过nn次循环后生成HNO3的物质的量为:Sn=
2
3
+
2
3
×
1
3
+
2
3
×(
1
3
2+
2
3
×(
1
3
3+・・・・・・+
2
3
×(
1
3
)nn-1,经等比数列求和可得:Sn=1-(
1
3
)nn,则NO2生成HNO3转化率为:
1-(
1
3
 )n
1
=a,即a=1-(
1
3
)nn
故答案为:a=1-(
1
3
)nn
(2)①根据图象可知当硝酸浓度大于10.0mol/L时,气体产物只有NO2,Mg+HNO3→Mg(NO32+NO2↑+H2O,反应中HNO3→NO2,N元素从+5价降到+4价得到1个电子,
Mg→Mg(NO32,Mg元素从0价升到+2价失去2个电子,所以Mg的计量数为1,NO2的计量数为2,再根据原子守恒配平:Mg+4HNO3=Mg(NO32+2NO2↑+2H2O;
故答案为:Mg+4HNO3=Mg(NO32+2NO2↑+2H2O;
②480mg Mg与0.50L 4.0mol/L的HNO3充分反应,Mg的物质的量比较少为0.02mol,HNO3的物质的量为2mol,反应中硝酸过量,
由图象可知:nn(NO):nn(N2):n(NO2):n(H2)=5:3:1:1,同时还原产物还有NH4+
0.02molMg失去电子为0.04mol,反应生成气体为n=0.005mol,其中nn(NO)=0.005mol×
5
10
=0.0025mol,nn(N2)=0.0015mol,n(NO2)=0.0005mol,
n(H2)=0.0005mol,则气体得到电子数为0.0025mol×3+0.0015mol×5×2+0.0005mol×1+0.0005mol×2=0.024mol,
则生成NH4+时N元素得到的电子为0.04mol-0.024mol=0.016,所以生成NH4+的量为0.016×
1
8
=0.002mol,
所以n(NO):nn(N2):n(NO2):n(H2):n(NH4+):n(Mg)=5:3:1:1:4:40,
所以NO、N2、NO2、H2、NH4NO3、Mg的计量数分别为5、3、1、1、4、40,再由原子守恒得方程为:40Mg+100HNO3=5NO↑+3N2↑+H2↑+NO2↑+4NH4NO3+40Mg(NO32+41H2O;
故答案为:40Mg+100HNO3=5NO↑+3N2↑+H2↑+NO2↑+4NH4NO3+40Mg(NO32+41H2O.

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