Question

9．合成氨和制备硝酸是两种重要的化工生产，四川某化工厂将合成氨与制备硝酸进行连续

生产．其工艺流程见图1：
（1）由NH₃制HNO₃，第一步反应为：4NH₃（g）+5O₂（g）?4NO（g）+6H₂O（g）△H＜0，欲提高NH₃的转化率，下列措施可行的是a．（填字母）
a．向装置中再充入O₂      
b．加入反应的催化剂
c．升高温度
（2）已知：N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+180.5kJ/mol
4NH₃（g）+5O₂（g）=4NO（g）+6H₂O（g）△H=-905kJ/mol
2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H=-483.6kJ/rnol
则在该条件下，氨合成塔中所发生反应的热化学方程式为：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4kJ/mol；
（3）用尾气NO₂为原料可制新型硝化剂N₂O₅，其原理：先将NO₂转化为N₂O₄，再采用电解法制备N₂O₅，装置如图2所示，则电源b极是负极（填“正”“负”），生成N₂O₅电极反应式为N₂O₄+2HNO₃-2e^-=2N₂O₅+2H⁺，电解一段时间后硝酸溶液的pH值不变（填“增大”“减小”“不变”）
（4）利用ClO₂氧化氮氧化物反应过程如下：
NO$→_{反应Ⅰ}^{ClO_{2}}$NO₂$→_{反应Ⅱ}^{Na_{2}SO_{3}溶液}$N₂
反应Ⅰ的化学方程式是2NO+ClO₂+H₂O=NO₂+HNO₃+HCl，反应Ⅱ的离子方程式是2NO₂+4SO₃^2-=N₂+4SO₄^2-．若标准状况下有22.4LN₂生成，共消耗ClO₂135g．

Answer 1

分析 （1）根据向装置中再充入O₂、降低温度平衡正向移动，氮氧化物的转化率增大，加入反应的催化剂只改变反应速率，平衡不移动；
（2）由已知热化学方程式根据盖斯定律构造目标热化学方程式；
（3）由N₂O₄制取N₂O₅需要是去电子，所以N₂O₅在阳极区生成．阴极反应式为2H⁺+2e^-=H₂，所以工作一段时间后，硝酸水溶液的氢离子基本不变即pH不变；
（4）二氧化氮具有氧化性，亚硫酸钠具有还原性，根据氧化还原反应的规律知识来回答判断．

解答 解：（1）向装置中再充入O₂、降低温度平衡正向移动，氮氧化物的转化率增大，加入反应的催化剂只改变反应速率，平衡不移动，
故答案为：a；
（2）已知：①N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+180.5kJ/mol
②4NH₃（g）+5O₂（g）=4NO（g）+6H₂O（g）△H=-905kJ/mol   
③2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H=-483.6kJ/mol
由盖斯定律可知，①-②÷2+③×$\frac{3}{2}$得：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4kJ/mol，
故答案为：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4kJ/mol；
（3）N₂O₅中氮元素的化合价是+5价，而硝酸中氮元素也是+5价．因此应该在左侧生成N₂O₅，即在阳极区域生成，据电极反应离子放电顺序可知：阴极发生2H⁺+2e^-=H₂↑的反应，则阳极为N₂O₄+2HNO₃-2e^-=2N₂O₅+2H⁺．阴极反应式为2H⁺+2e^-=H₂，所以工作一段时间后，硝酸水溶液的氢离子基本不变即pH不变；
故答案为：负，N₂O₄+2HNO₃-2e^-=2N₂O₅+2H⁺，不变；
（4）二氧化氮具有氧化性，亚硫酸钠具有还原性，二者之间会发生氧化还原反应：2NO₂+4SO₃^2-=N₂+4SO₄^2-，再结合化学反应2NO+ClO₂+H₂O=NO₂+HNO₃+HCl知道，
N₂～2NO₂～2ClO₂，所以若生成标准状况下22.4LN₂，则n（ N₂ ）=$\frac{V}{{V}_{m}}$=$\frac{22.4L}{22.4L/mol}$=1mol，则消耗2molClO₂，质量m=nM=2mol×67.5g/mol=135g，
故答案为：2NO₂+4SO₃^2-=N₂+4SO₄^2-，135g；

点评 本题综合考查化学反应原理的基础知识，涉及反应热计算、化学平衡影响因素、氧化还原反应及计算、电解原理等，题目难度中等，注意相关知识的积累