高中化学主题空气资源氨的合成课题氨氧化法制硝酸教案选修

课题3 氨氧化法制硝酸

●课标要求

1．了解我国基本化工的生产资源、基本化工产品的主要种类和发展状况。

2．认识催化剂的研制对促进化学工业发展的重大意义。

●课标解读

1.了解氨氧化法制硝酸的工艺流程。

2．明确氨催化氧化制硝酸的原理。

3．掌握在实验室中制备硝酸的方法和操作。

●教学地位

硝酸是化工生产中的重要原料，氨氧化法制硝酸的模拟实验流程及操作方法是高考的高频考点，尤其是氮的循环对生活、生产的影响为高考的热点。

●新课导入建议

1908年，德国化学家哈伯首先在实验室用氢气和氮气在600 ℃、200个大气压的条件下合成了氨。后由布什提高了产率，完成了工业化设计，建立了年产1 000吨氨的生产装置，1 000吨氨气利用氨氧化法可生产3 000吨硝酸，利用这些硝酸可制造3 500吨烈性TNT。这些烈性TNT支持了德国发动了坚持四个多年头的第一次世界大战。你知道工业上是如何制备硝酸的吗？

●教学流程设计

课前预习安排：看教材P12－16，填写[课前自主导学]，并完成[思考交流]。?步骤1：导入新课，

本课时教学地位分析。?步骤2：建议对[思考交流]多提问，反馈学生预习效果。?步骤3：师生互动完成探究1，可利用[问题导思]作为主线。

?

步骤7：通过[例2]讲解研析，对“探究2、尾气的净化处理”中注意的问题进行总结。?步骤6：师生互动完成“探究2”。?步骤5：指导学生自主完成[变式训练1]和[当堂双基达标]1～4题。?步骤4：通过[例1]的讲解研析，对“探究1、硝酸的工业制法”中注意的问题进行总结。

?

步骤8：指导学生自主完成[变式训练2]和[当堂双基达标]中的第5题。?步骤9：引导学生自主总结本课时知识框架，然后对照[课堂小结]。安排学生课下完成[课后知能检测]。

课 标

解 读

重 点 难 点

1.理解氨氧化法制硝酸的反应原理，并能利用反应原理说明如何制得一氧化氮和选

择吸收二氧化氮的条件。

2.了解氨氧化法制硝酸过程中的尾气对环

境的危害及其处理方法，树立环保意识。 3.进一步认识催化剂在化工生产中的重要作用，体会实验室研究与工业生产的关系。

1.氨氧化法制硝酸的反应方程式。(重点)

2.硝酸生产过程中NO 的获得和NO 2的吸

收。(重难点)

3.氨氧化法制硝酸模拟实验流程及操作方法。(难点)

氨氧化法制硝酸

1.制备流程：NH 3――→2NO ――→2NO 2――→2HNO 3。 2．反应原理：

4NH 3＋5O 2=====催化剂

高温4NO ＋6H 2O 、2NO ＋O 2===2NO 2、3NO 2＋H 2O===2HNO 3＋NO 。

1．氨氧化法制硝酸过程中，发生氧化反应的含氮物质有哪些？ 【提示】 NH 3、NO 、NO 2中氮元素化合价升高，均发生氧化反应。

氨氧化法制硝酸的模拟实验

A．氨水(浓氨水∶水＝1.5∶1) B．催化剂(Cr2O3)

C．干燥剂(无水氯化钙) D．氧化瓶

E．吸收瓶(水、石蕊溶液) F．NaOH溶液

氨氧化法制硝酸的实验装置示意图

1．操作：先加热硬质试管中的催化剂，再把空气缓缓地、均匀地鼓入氨水中，待催化剂开始红热时，撤走酒精灯。

2．思考

(1)氧化瓶D中的现象：瓶内变成红棕色。

(2)写出E中发生的化学反应方程式：

3NO2＋H2O===2HNO3＋NO。

(3)F的作用是吸收未反应的NO、NO2气体。

2．试通过模拟实验分析氨氧化反应的热效应。

【提示】待催化剂红热时，撤走酒精灯，利用反应释放的热量维持反应的继续进行，说明氨氧化反应为放热反应。

硝酸的工业制取

1.

(1)氨气与O2反应可生成多种不同的产物，如NO、N2O、N2，若不控制反应条件，只会生成氮气。

(2)科学家通过研究，找到了选择NO并加快反应速率的催化剂，主要包括铂系催化剂和非铂系催化剂两类。

2．选择吸收二氧化氮的条件

(1)吸收NO2的反应为：3NO2＋H2O2HNO3＋NO。

(2)吸收NO 2反应的特点：①可逆反应；②放热反应；③气体总体积缩小的反应。 (3)吸收NO 2的方法：欲使原料利用充分，得到的硝酸的浓度增大，可采取加压、降温的方法，现代硝酸生产改用全压法和综合法，成品酸中HNO 3的质量分数可达60%～70%，提高了NO 2的吸收率。

3．常压法生产硝酸尾气的处理

(1)碱液吸收法：2NO 2＋Na 2CO 3===NaNO 3＋NaNO 2＋CO 2。

(2)催化还原法：如用H 2、CH 4等在催化剂作用下与氮的氧化物反应。

3．温度和压强对气体的溶解性产生哪些影响？

【提示】 温度越高，气体的溶解性越差，反之越强；压强越大，气体的溶解性越强，反之越差。

硝酸的工业制法

①工业制硝酸的原料是什么？ 【提示】 氨气和空气。 ②如何获得一氧化氮？

【提示】 4NH 3＋5O 2=====Pt

高温4NO ＋6H 2O 。

③吸收NO 2的方法是什么？ 【提示】 全压法和综合法。 1．工业制硝酸的原料：NH 3和空气。

2．反应流程：NH 3――→O 2NO ――→O 2NO 2――→H 2O

HNO 3。 3．反应设备：氧化炉、吸收塔、蒸馏塔。 4．工艺流程

5．相关反应

催化剂

4NO＋6H2O

4NH3＋5O2=====

高温

2NO＋O2===2NO2

3NO2＋H2O===2HNO3＋NO

1．Mg(NO3)2具有脱水作用，可用于提高HNO3的质量分数。

2．在工业制HNO3过程中，注意勒·夏特列原理的应用。

把烧红了的铂丝插入盛有浓氨水的锥形瓶中，可观察到下列现象：①液面上的铂丝保持红热；②瓶内有红棕色气体产生；③有时瓶口有白烟出现。请用必要的文字和有关化学反应方程式解释上述现象。

【解析】氨与氧气在有催化剂存在时可以发生氧化还原反应，反应方程式为4NH3＋催化剂

5O2=====

4NO＋6H2O，反应是放热的，因此可观察到烧红的铂丝保持红热状态。生成的NO容高温

易与O2继续反应生成红棕色的NO2气体：2NO＋O2===2NO2。NO2气体遇水蒸气则发生反应3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，生成的HNO3是挥发性酸，可与氨水挥发出的NH3化合产生白烟NH4NO3，反应方程式为NH3＋HNO3===NH4NO3。

【答案】氨水易挥发，瓶内充满NH3和O2的混合气体，当红热的铂丝插入时，由于发生催化剂

下列反应：4NH3＋5O2=====

4NO＋6H2O而放出大量的热，致使铂丝保持红热。生成的NO可继高温

续和O2反应生成红棕色的NO2，反应方程式为2NO＋O2===2NO2，而NO2能与水蒸气反应：3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，生成的挥发性酸HNO3遇NH3则产生白烟NH4NO3，化学反应方程式为NH3＋

HNO3===NH4NO3。

NH3遇HNO3产生白烟(固体颗粒)，易误写为白雾(液体小液滴)。

1．工业上用氨的催化氧化法制HNO3时，先制得50%左右的硝酸，然后再制成98%的浓HNO3，一般采用的方法是

( ) A．加CaCl2后再蒸馏浓缩

B．加生石灰吸去水分后再过滤

C．加硝酸镁后再蒸馏浓缩

D．加入浓H2SO4后再分液

【解析】以硝酸镁做脱水剂，将浓硝酸镁溶液与稀硝酸按一定比例混合进行蒸馏。由于硝酸镁具有脱水作用，因此可蒸出HNO3含量较高的硝酸蒸气。将硝酸蒸气再进行精馏，即可得到HNO3的质量分数为98%以上的硝酸蒸气，冷凝后即得浓硝酸。

【答案】 C

尾气的净化和处理

①硝酸工业中尾气的有害成分是什么？

【提示】NO、NO2等含氮氧化物。

②处理硝酸工业尾气常用什么方法？

【提示】碱液吸收法和催化还原法。

③处理硝酸工业尾气常用的原料是什么？

【提示】纯碱溶液或甲烷、氢气等。

1．碱液吸收法

2NO2＋Na2CO3===NaNO2＋NaNO3＋CO2，NO＋NO2＋Na2CO3===2NaNO2＋CO2

利用碳酸钠溶液吸收氮的氧化物比较经济，但处理后的尾气中氮的氧化物的含量仍难以达到排放标准，人们又采用催化还原法净化尾气。

2．催化还原法 H 2＋NO 2===NO ＋H 2O 2H 2＋2NO===N 2＋2H 2O CH 4＋4NO 2===4NO ＋CO 2＋2H 2O CH 4＋4NO===2N 2＋CO 2＋2H 2O

在催化剂存在的条件下，利用各种燃料气中的甲烷、氢气等将氮的氧化物还原为氮气和水，使尾气中氮的氧化物的含量降低，达到甚至低于排放标准。

在硝酸生产过程所排放出来的废气中含有NO 和NO 2，它们污染环境，现

用氨催化还原法将它们转化为无毒气体(填名称)____________直接排入空气中，写出有关反应的化学方程式_________________________________。

假设NO 和NO 2的物质的量之比恰好为1∶1，则两者的混合物相当于一种酸酐，写出用烧碱溶液吸收这种酸酐的化学方程式___________________________________。

【解析】 硝酸的酸酐是N 2O 5，和NaOH 反应生成NaNO 3，亚硝酸的酸酐是N 2O 3，和NaOH 反应生成NaNO 2。

【答案】 氮气 6NO ＋4NH 3=====催化剂

△5N 2＋6H 2O 、6NO 2＋8NH 3===7N 2＋12H 2O N 2O 3＋

2NaOH===2NaNO 2＋H 2O

2．汽车尾气中的烃类、CO 、NO x 和SO 2是城市空气的重要污染源，治理方法之一是在汽车排气管上加装“催化转化器”，它使CO 和NO x 反应可生成参与大气循环的无毒气体，并使烃类充分燃烧及SO 2转化，下列说法错误的是

( )

A ．CO 和NO x 反应的化学方程式为：2x CO ＋2NO x =====催化剂

2x CO 2＋N 2

B ．此方法的缺点是由于SO 3增多，会提高空气的酸度

C ．多植树造林，增大绿化面积，可有效控制城市空气的各种污染源

D ．汽车改用天然气、液化气燃料或开发新能源，都会减少对空气的污染

【解析】 由CO 、NO x 反应生成参与大气循环的无毒气体及原子守恒得出，A 正确；由SO 2

的转化(在空气中)知道应生成SO 3，SO 3结合空气中的水蒸气生成硫酸酸雾，提高了空气的酸度，B 正确；植树造林能净化空气但不能控制污染源，C 错误；天然气、液化气是洁净燃料，D 正确。

【答案】 C

【教师备课资源】

玻尔巧藏诺贝尔金质奖章

第二次世界大战中，玻尔被迫离开将要被德国占领的祖国。他将诺贝尔金质奖章溶解在一种溶液里，装于玻璃瓶中。后来，纳粹分子窜进玻尔的住宅，那瓶溶有奖章的溶液就在眼皮底下，他们却一无所知。那么，玻尔是用什么溶液使金质奖章溶解的呢？他用的溶液叫王水，是浓硝酸和浓盐酸按1∶3的体积比配制成的混合溶液。王水的氧化能力比硝酸强，不溶于硝酸的金，却可以溶解在王水中。

氮是蛋白质的基本组成元素之一，所以生物体均含氮元素，氮循环涉及生物圈的全部领域，以下关于氮被生物体吸收的途径叙述正确的是( )

①氮在大气中含量高达78%，可被生物体直接利用

②通过雷雨放电等一系列反应可将空气中游离态的氮转化为硝酸盐，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气转变为硝酸盐，而被植物吸收

④动物以植物为食而获得氮并转化为动物蛋白

⑤动物死亡后，其遗骸中的蛋白质被微生物分解成NH＋4、NO－3、NH3，又回到土壤和水体中，被植物再次吸收

A．①⑤B．④⑤

C．②④⑤ D．②④

【答案】 C

1．工业制HNO3的3个反应：

催化剂

4NO＋6H2O

4NH3＋5O2=====

高温

2NO ＋O 2===2NO 2 3NO 2＋H 2O===2HNO 3＋NO

2．处理硝酸工业尾气的2种方法： (1)碱液吸收法；(2)催化还原法。

1．下列过程：①豆科植物根瘤菌将N 2转化为氮肥；②雷雨时雨水中存在一定量硝酸；③工业上将N 2合成氨；④用氨氧化法制硝酸，其中属于固氮的是( )

A ．①②③

B ．②③④

C ．①③④

D ．①②③④

【解析】 将游离态的氮转变成含氮化合物的过程叫固氮。 【答案】 A

2．硝酸工业中，不涉及的反应是( ) A ．4NH 3＋5O 2=====催化剂

高温4NO ＋6H 2O

B ．3NO 2＋H 2O===2HNO 3＋NO

C ．NH 3＋HNO 3===NH 4NO 3

D ．2NO 2＋Na 2CO 3===NaNO 2＋NaNO 3＋CO 2

【解析】 工业制硝酸过程中，涉及A 、B 两项反应；尾气处理过程中涉及D 项反应。 【答案】 C

3．下列有关氨氧化法制硝酸的说法不正确的是( )

A ．氨氧化法制硝酸关键的一步是寻找催化剂使NH 3转化为NO 的产率增大

B ．由3NO 2＋H 2O 2HNO 3＋NO 可知整个生产过程中，从理论上说消耗1 mol NH 3仅生成2

3

mol

HNO 3

C ．全压法吸收NO 2比常压吸收NO 2得到的HNO 3溶液的浓度大

D ．工业上用Mg(NO 3)2做脱水剂由60%～70%的HNO 3溶液获得95%～100%的浓HNO 3 【解析】 由于NH 3与O 2反应生成NO 、N 2、N 2O 的速率均很大，工业上就采用催化剂，利用它的选择性，增大NH 3生成NO 的速率，来提高NO 的产率。分析整个过程，从理论上说，由于充入了过量的O 2，使得反应循环进行，1 mol NH 3能生成1 mol HNO 3。常压吸收NO 2得HNO 3的质量分数低于50%的稀HNO 3，全压吸收NO 2后，HNO 3的质量分数可达60%～70%。

【答案】 B

4．(双选)在氨氧化法制硝酸中，二氧化氮的吸收反应如下：3NO 2＋H 2O

2HNO 3＋NO(正

反应为放热反应)为了提高硝酸的产率，应该采取的措施是( )

A ．降低温度

B ．升高温度

C ．减小压强

D ．增大压强

【解析】 该平衡为正反应气体体积缩小的放热反应，故增大压强、降低温度可使平衡向右移动，提高硝酸的产率。

【答案】 AD

5．汽车尾气主要含有CO 2、CO 、SO 2、NO 及汽油、柴油等物质，这种尾气越来越成为城市空气污染的主要来源，必须予以治理。治理的方法之一是在汽车的排气管上装一个“催化转化器”(用铂、钯合金做催化剂)。它的特点是使CO 与NO 反应，生成可参与大气生态环境循环的无毒气体，并促使汽油、柴油等物质充分燃烧及SO 2的转化。

(1)写出CO 与NO 反应的化学方程式：__________。 (2)控制或者减少城市汽车尾气污染的方法可以有__。 A ．开发氢能源

B ．使用电动车

C ．限制车辆行驶

D ．戴上呼吸面具

【解析】 (1)题干中的信息，生成“参与大气生态环境循环的无毒气体”，即CO 2和N 2：2CO ＋2NO =====催化剂

N 2＋2CO 2。

(2)控制或减少汽车尾气污染，不是污染后再治理。 【答案】 (1)2CO ＋2NO =====催化剂

N 2＋2CO 2

(2)AB

1．下列气体能造成空气中光化学烟雾污染的是( ) A ．CO 2 B ．CO C ．NO 2 D ．氯气 【答案】 C

2．关于NO 的下列叙述不正确的是( ) A ．NO 可以是某些含低价N 元素物质被氧化的产物 B ．NO 不是亚硝酸酐

C ．NO 可以是某些含高价N 元素物质被还原的产物

D ．NO 是红棕色气体

【解析】 NO 中N 为＋2价，故NO 既有氧化性，又有还原性，可以为低价含N 物质失去

电子被氧化的产物，也可为高价含N物质得到电子被还原的产物。N2O3为亚硝酸酐。D项不正确，NO为无色。

【答案】 D

3．化工生产中的废气和汽车尾气的排放是造成大气污染的主要原因。下列气体经过处理后可用做燃料的是( )

A．硫酸工业尾气 B．硝酸工业尾气

C．汽车尾气 D．高炉煤气

【解析】各选项与主要污染物的对应关系是：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、二氧化氮和烃；D——一氧化碳、二氧化碳。由于汽车尾气很分散，而目前甚至于今后一段时间内，将汽车尾气转化为燃料还不现实，故选D。

【答案】 D

4．(2013·淮北高二测试)在体积为V L的密闭容器中通入a mol NO和b mol O2。反应后容器内氮原子数和氧原子数之比为( )

A.a

b

B.

a

2b

C.

a

a＋2b

D.

a

2a＋b

【解析】根据原子守恒得答案为：a

a＋2b

。

【答案】 C

5．用铜锌合金制成的假金元宝骗人的事件屡有发生，下列不易区别其真伪的方法是( )

A．测定密度 B．放入硝酸中

C．观察外观 D．放入盐酸中

【解析】Au很不活泼，不溶于单一的酸溶液，Zn、Cu相对Au而言较活泼。从外观颜色上看假金元宝与真的相同，不易分辨，但从其成分而言，假的是铜锌合金，真的是纯度很高的金，Zn能溶于盐酸，Zn、Cu均能溶于硝酸，均有气泡产生，而Au则不与盐酸或硝酸反应；从密度而言，金的密度大于铜、锌的密度。

【答案】 C

6．大气污染是环境污染的一个重要方面，常见的大气污染物分一次污染物和二次污染物。二次污染物是排入环境中的一次污染物在物理化学因素或生物作用下发生变化，或与环境中的其他物质发生反应，生成新的污染物。如2NO＋O2===2NO2，NO2就是二次污染物，由NO2导致的污染就是NO的二次污染。下列物质：①SO2，②NO，③NO2，④氯化氢，⑤CO2，不易导致二次污染的是( )

A ．①②③④⑤ B．①③⑤ C ．④⑤ D．④

【解析】 SO 2在空气中能生成H 2SO 3，也能生成SO 3，易导致二次污染；NO 能生成NO 2造成二次污染；3NO 2＋H 2O===2HNO 3＋NO ，其中HNO 3和NO 导致的污染为NO 2的二次污染；而HCl 不易造成二次污染(比较稳定)；CO 2不是污染物，也不会造成二次污染。

【答案】 C

7．下列反应既属于离子反应，又属于氧化还原反应的是( ) A ．4NH 3＋5O 2=====催化剂

高温4NO ＋6H 2O

B ．2NO ＋O 2===2NO 2

C ．3NO 2＋H 2O===2HNO 3＋NO

D ．N 2O 3＋2NaOH===2NaNO 2＋H 2O

【解析】 A 、B 两项反应不属于离子反应；D 项反应不属于氧化还原反应。 【答案】 C

8．已知氮的氧化物跟NaOH 溶液发生的化学反应如下：2NO 2＋2NaOH===NaNO 3＋NaNO 2＋H 2O ，NO 2＋NO ＋2NaOH===2NaNO 2＋H 2O ，现有m mol NO 2和n mol NO 组成的混合气体，需用NaOH 溶液使其完全吸收至无气体剩余。已知NaOH 物质的量浓度为a mol ·L －1

，则需该NaOH 溶液的体积是( )

A.m a L

B.23a

L C.2

m ＋n 3a L D.m ＋n

a

L 【解析】 根据气体全部被吸收，生成的盐是NaNO 3和NaNO 2，可知钠原子的物质的量等于氮原子的物质的量，即n (NaOH)＝n (NO 2＋NO)＝(m ＋n )mol ，所以NaOH 溶液的体积为

m ＋n

a

L 。 【答案】 D

9．(2013·南阳高二测试)将20 mL 二氧化氮和氨气的混合气体，在一定条件下充分反应，化学方程式是6NO 2＋8NH 3

7N 2＋12H 2O ，已知参加反应的二氧化氮比氨气少2 mL(气体体积

均在相同状况下测定)，则原混合气体中二氧化氮和氨气的物质的量之比是：①3∶2 ②2∶3 ③3∶7 ④3∶4，正确的组合为( )

A ．①③ B．②③ C ．②④ D．①④

【解析】 注意到给予的反应为一可逆反应。NO 2、NH 3均不可能完全消耗。NO 2比NH 3少消耗了2 mL ，具体关系应该为NO 2消耗6 mL ，NH 3消耗8 mL ，两种物质共消耗了14 mL ，剩余6 mL ，

具体剩余的NO 2、NH 3各有多少，依据起始的投入来决定。起始投入不确定时，具体剩余的NO 2、NH 3体积也不确定。反过来，不知道剩余的NO 2、NH 3体积也就无法确定起始给予的NO 2、NH 3各多少体积。但是，用极端假设法可以确定起始给予的NO 2、NH 3的体积范围。假若剩余的气体全部为NO 2，则原NO 2有(6＋6)mL ＝12 mL ，NH 3有8 mL ，原混合气体中二氧化氮和氨气的物质的量之比是3∶2。假若剩余的气体全部为NH 3，则原NH 3有(8＋6)mL ＝14 mL ，NO 2有6 mL ，原混合气体中二氧化氮和氨气的物质的量之比是3∶7，故原混合气体中37<

n

NO 2n

NH 3<3

2

。 【答案】 C

10．将m g 氨通过氨氧化法完全制成硝酸，且将硝酸全部溶解在反应中生成的水里制成浓硝酸，其质量分数为( )

A ．77.8%

B ．50%

C ．63.5%

D ．98%

【解析】 根据4NH 3＋5O 2===4NO ＋6H 2O,4NO ＋3O 2＋2H 2O===4HNO 3得关系式：NH 3＋2O 2===HNO 3

＋H 2O ，故溶液相当于1 mol 水中溶解1 mol HNO 3，故质量分数为63 g 63 g ＋18 g

×100%＝77.8%。

【答案】 A

11．硝酸工业尾气的净化方法有多种。

(1)碱液吸收是一种常用的方法。工业上常用纯碱溶液来吸收尾气中的氮的氧化物，反应的化学方程式为____________________。如果希望吸收产物全部为硝酸钠，可用硝酸处理所得

的

吸

收

液

，

试

写

出

反

应

的

化

学

方

程

式

________________________________________________________________________。

(2)催化还原法是用还原剂在有催化剂存在的条件下来还原氮的氧化物。如果以NH 3为还原剂，可分别将尾气中的NO 和NO 2还原成N 2和H 2O ，写出这两个反应的化学方程式________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。 【答案】 (1)2NO 2＋Na 2CO 3===NaNO 2＋NaNO 3＋CO 2 NaNO 2＋2HNO 3===NaNO 3＋2NO 2↑＋H 2O

(2)4NH 3＋6NO =====催化剂5N 2＋6H 2O,8NH 3＋6NO 2=====催化剂

7N 2＋12H 2O 12．某化学小组的同学设计了如图的实验装置。

将氨气与过量的氧气通入硬质玻璃管中，管中装有Cr2O3催化剂，用酒精灯加热。

(1)氨气催化氧化的化学方程式是________________________________________________________________________ ________；试管内气体变为红棕色，该反应的化学方程式是________________________________________________________________________。

(2)停止反应后，立即关闭试管的两个活塞，一段时间后，将试管浸入冰水中，试管内气体颜色__________，原因是________________________________________________________________________。

催化剂

【答案】(1)4NH3＋5O2=====

4NO＋6H2O 2NO＋O2===2NO2(2)变浅存在2NO2N2O4

高温

的平衡，降温平衡右移

13．工业合成氨与制备硝酸一般可连续生产，流程如下：

(1)某温度下体积为200 L的氨合成塔中，测得如下数据：

时间(h)

浓度(mol·L－1) 0 1 2 3 4

N2 1.500 1.400 1.200 c1c1

H2 4.500 4.200 3.600 c2c2

NH30 0.200 0.600 c3c3

－1－1

2

若起始时与平衡时的压强之比为a，则N2的转化率为________(用含a的代数式表示)。

(2)氨气和氧气从145 ℃就开始反应，在不同温度和催化剂条件下生成不同产物(如图)：

4NH3＋5O24NO＋6H2O K1＝1×1053(900 ℃)

4NH3＋3O22N2＋6H2O K2＝1×1067(900 ℃)

温度较低时以生成________为主，温度高于900 ℃时，NO 产率下降的原因________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。 吸

收

塔

中

需

要

补

充

空

气

的

原

因

________________________________________________________________________。

(3)尾气处理时小型化工厂常用尿素作为氮氧化物的吸收剂，此法运行费用低，吸收效果好，不产生二次污染，吸收后尾气中NO 和NO 2的去除率高达99.95%。其主要的反应为氮氧化物混合气与水反应生成亚硝酸，亚硝酸再与尿素[CO(NH 2)2]反应生成CO 2和N 2，请写出有关反应

化

学

方

程

式

：

________________________________________________________________________，

________________________________________________________________________。 【解析】 (1)由反应速率的计算表达式，可求出v (N 2)＝(1.5 mol·L －1

－1.2 mol·L －1

)/2 h ＝0.15 mol·L －1

·h －1

。设N 2转化x mol 。

N 2 ＋ 3H 2

2NH 3

起始 1.5 4.5 0 平衡 1.5－x 4.5－3x 2x 转化 x 3x 2x

由同温、同体积时，压强之比等于物质的量之比得： 1.5＋4.51.5＋4.5－2x ＝a ，解得x ＝3(1－1a

)，

N 2%＝x 1.5×100%＝2(1－1

a

)×100%。

(2)从图中不难读出低温生成N 2，高温生成NO ，但当高于900 ℃时，反应逆向移动，故NO 的产率减小。再通入空气，相当于增加反应物，平衡正向移动，NH 3的转化率进一步提高，使硝酸产量增加。

(3)根据题中信息，可写出反应物和产物，关键运用化合价和原子守恒来配平。 【答案】 (1)0.15 2(1－1/a )×100%

(2)N 2 生成NO 的反应为放热反应，升高温度转化率下降 进一步与NO 反应生成硝酸 (3)NO ＋NO 2＋H 2O===2HNO 2

CO(NH 2)2＋2HNO 2===CO 2↑＋2N 2↑＋3H 2O

14．如果化肥厂用NH 3制备NH 4NO 3，已知由NH 3制NO 的产率为96%，NO 制硝酸的产率为92%，HNO 3跟NH 3反应生成NH 4NO 3，则制HNO 3所用去的NH 3的质量占总消耗NH 3的质量分数是多少？

【解析】 由4NH 3＋5O 2=====Pt

高温4NO ＋6H 2O

4NO ＋3O 2＋2H 2O===4HNO 3

NH 3＋HNO 3===NH 4NO 3 可得：NH 3～HNO 3～NH 4NO 3

解法一：设制备NH 4NO 3总质量为80 t ，则制备HNO 3总质量为63 t ，则与HNO 3反应的NH 3

为17 t ，设制备HNO 3所用去的NH 3的质量为x ，根据关系式有x ×96%×92%＝17 t ，解得x ＝19.25 t 。

占总消耗氨量的质量分数为

19.25 t

19.25＋17 t

×100%＝53.1%。

解法二：若设制备NH 4NO 3 1 mol ，则与HNO 3反应的NH 3应为1 mol ，需制得1 mol HNO 3。设制 1 mol HNO 3用去NH 3的物质的量为x ，则有x ×96%×92%＝1 mol ，x ＝1.13 mol ，1.13 mol

1.13＋1mol ×100%＝53.1%。这种运用物质的量关系进行计算的方法显得更为简捷。

【

答

案

】

53.1%

一、空气分离?

??

??

方法——深冷分离、变压吸附分离、膜分离

原理

二、合成氨工业 合成氨错误!) 合

成

氨

工

业

简

述

???

??

????

原料：空气、燃料煤、天然气、石油、水

反应????? H 2

O g ＋C 高温

CO ＋H 2

H 2

O g ＋CO =====催化剂

△

CO 2

＋H

2

N 2

＋3H 2

高温、高压催化剂

2NH

3

设备：氨合成塔

过程：原料气制备→净化→压缩→合成→分离

))

三、硝酸的制法 1．实验室制法 硝酸盐与浓H 2SO 4微热

NaNO 3(固)＋H 2SO 4(浓)=====△

NaHSO 4＋HNO 3↑

2．工业制法 氨的催化氧化法 (1)原理：

4NH 3＋5O 2=====Pt

△4NO ＋6H 2O ΔH <0

2NO ＋O 2===2NO 2

3NO 2＋H 2O===2HNO 3＋NO(循环操作) (2)尾气处理：用碱液吸收 NO ＋NO 2＋2NaOH===2NaNO 2＋H 2O 2NO 2＋2NaOH===NaNO 3＋NaNO 2＋H 2O 或2NO 2＋Na 2CO 3===NaNO 2＋NaNO 3＋CO 2

氮的氧化物溶于水的计算问题

1.NO 222223积变化差值进行计算。

2．NO 2和O 2的混合气体溶于水时，由4NO 2＋O 2＋2H 2O===4HNO 3可知，当体积比 V (NO 2)∶V (O 2)????

?

＝4∶1，恰好完全反应>4∶1，NO 2过量，剩余气体为NO

<4∶1，O 2过量，剩余气体为O 2

3．NO 和O 2同时通入水中时，其反应是： 2NO ＋O 2===2NO 2 4NO 2＋O 2＋2H 2O===4HNO 3

总反应式为4NO ＋3O 2＋2H 2O===4HNO 3 当体积比

V (NO)∶V (O 2)????

?

＝4∶3，恰好完全反应>4∶3，剩余NO

<4∶3，剩余O 2

将盛有25 mL 一氧化氮、二氧化氮混合气体的量筒，倒立于水槽中，反

应后气体体积缩小为15 mL ，则原混合气体中一氧化氮与二氧化氮的体积比是( )

A ．2∶3

B ．3∶2

C ．4∶1

D ．1∶4 【解析】 应用反应前后气体体积之差计算。

一氧化氮不溶于水，二氧化氮与水反应：3NO 2＋H 2O===2HNO 3＋NO ，由反应方程式可知3体积的NO 2被水充分吸收后生成1体积NO ，体积减少2体积，现由25 mL 缩小至15 mL ，气体体积减少了10 mL ，故原NO 、NO 2混合气体中NO 2的体积为15 mL ，NO 为25 mL －15 mL ＝10 mL ；原混合气体中NO 和NO 2的体积比为10∶15＝2∶3。

【答案】 A

化学反应中物质的两率及其应用

1.(1)定义：化学反应中某反应物的实际反应量与实际投入量之比(通常用百分数表示)叫做该反应物的转化率，即

某反应物的转化率＝该反应物的实际反应量

该反应物的实际投入量×100%，

反应物的转化率又叫做反应物的利用率。 (2)反应物转化率的特性 ①反应物的转化率总是小于1。

②某种反应物的转化率等于该物质中某种元素的转化率。 ③某反应物的转化率与该反应物的损失率之和为1。

④在相关联的多步反应中，在各分步反应中保持元素质量守恒关系的几种反应物，其转化率的乘积等于某一种反应物的总转化率。

2．生成物的产率

(1)定义：化学反应中某生成物的实际生成量与理论生成量之比(通常用百分数表示)叫做该生成物的产率，即

某生成物的产率＝该物质的实际生成量

该物质的理论生成量×100%。

(2)生成物产率的特性 ①生成物的产率总是小于1。

②生成物的产率跟与该生成物保持元素质量守恒的反应物的转化率相等。

化学反应4FeS 2＋11O 2=====高温

2Fe 2O 3＋8SO 2中，实际投入FeS 2 1.5 t ，实际

反应1.2 t ，实际生成SO 2 1.28 t ，理论上生成SO 2 1.6 t ，则：FeS 2的转化率为________，SO 2的产率为________。

【解析】 FeS 2的转化率＝1.2 t 1.5 t ×100%＝80%，SO 2的产率＝1.28 t

1.6 t

×100%＝80%。 【答案】 80% 80%

1．对于可逆反应：N 2(g)＋3H 2(g)高温、高压

催化剂2NH 3(g)(正反应为放热反应)，下列说法中正

确的是( )

A ．达到平衡后加入N 2，当重新达到平衡时，NH 3的浓度比原平衡的大，H 2的浓度比原平衡也大

B ．达到平衡后，升高温度，既加快了正、逆反应的速率，又提高了NH 3的产率

C ．达到平衡后，缩小容器的体积，既有利于加快正、逆反应速率，又有利于提高氢气的转化率

D ．加入催化剂可以缩短达到平衡的时间，是因为正反应速率增大了，逆反应速率减小了 【解析】 达到平衡后，加入N 2平衡向正反应方向移动，NH 3的浓度增大了，而H 2的浓度会减小；达到平衡后，升高温度，正、逆反应速率都增大，但平衡向逆反应方向移动，不利于NH 3的生成；达到平衡后，缩小体积即增大压强，正、逆反应速率都增大，平衡向正反应方向移动，有利于提高H 2的转化率；加入催化剂，能同等程度地增大正、逆反应速率，缩短反应达到平衡的时间。

【答案】 C

2．盛满等体积NO 和NO 2的混合气体的试管，倒置在水槽中，反应完毕后液面上升的高度是试管的( )

A ．1/2

B ．1/3

C ．2/3

D ．5/6 【答案】 B

3．体积比为2∶3的N 2和H 2的混合气体，在一恒温恒压装置中发生反应。达到平衡时，容器内气体的密度变为反应开始时的5/4，则N 2的转化率为( )

A ．50%

B ．37.5%

C ．25%

D ．12.5%

【解析】 设开始时N 2、H 2分别为2 mol 、3 mol ，共有5 mol 。由于气体总质量守恒，所以恒温恒压条件下，气体密度与体积成反比，即气体密度与气体总物质的量成反比，平衡混合气体共有5 mol×4/5＝4 mol ，气体减少1 mol ，即生成1 mol NH 3，反应了0.5 mol N 2，则N 2的转化率为0.5 mol

2 mol

×100%＝25%。

【答案】 C

4．用3 mol NH3氧化制备HNO3时，若NH3的转化率为60%，(其他过程完全转化)则制得HNO3的质量为( )

A．63 g B．113.4 g C．126 g D．189 g

【解析】由关系式：NH3～NO～NO2～HNO3可知

转化生成的n(HNO3)＝n(NH3)×60%＝3 mol×60%＝1.8 mol。

m(HNO3)＝63 g·mol－1×1.8 mol＝113.4 g。

【答案】 B

5．一定温度下，某密闭容器里发生可逆反应：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)(正反应吸热)，当达到平衡时，测得各物质均为n mol。欲使H2的平衡浓度增大1倍，其他条件不变时，下列措施可采用的是( )

A．升高温度

B．再通入n mol CO和n mol H2O(g)

C．再通入2n mol CO2和2n mol H2

D．使用催化剂

【解析】欲使H2的平衡浓度增大1倍，即H2的物质的量为2n mol。升温虽然可以使平衡右移，但原平衡中CO和H2O只有n mol，不能完全转化为H2，所以H2的物质的量不可能增加到2n mol；同理，再通入n mol CO和n mol H2O也不能完全转化为H2；使用催化剂不改变平衡时各物质的量。

【答案】 C

6．某温度时，容积为V L的密闭容器中放有1.2 mol氨气，达到平衡时有80%的氨气分解为氮气和氢气，此时容器内的压强为氨分解前压强的( )

A．0.9倍 B．2.7倍 C．1.8倍 D．3.6倍

【解析】温度、体积一定时，气体压强之比等于物质的量之比。根据反应前后的差量关系，分解的NH3的量，也就是气体增加的量，所以NH3分解80%，气体物质的量增加80%，压强增大80%。

【答案】 C

7．实验室模拟合成氨和氨催化氧化的流程如下：

已知实验室可用饱和亚硝酸钠(NaNO2)溶液与饱和氯化铵溶液经加热后反应制取氮气。

(1)从图中选择制取气体的合适装置：氮气________、氢气________。