Question

1．尽管氮元素在地壳中的丰度较低（主要以硝酸盐的形式存在），在所有元素中仅排31位，但是大气中有丰富的氮气，这为氨和硝酸的广泛应用提供了可能．
（1）请写出两个固定氮的反应方程式N₂+O₂$\frac{\underline{\;放电\;}}{\;}$2NO、N₂+3H₂$\frac{\underline{\;\;催化剂\;\;}}{高温高压}$2NH₃．
（2）在生成硝酸，尤其是化石燃料的燃烧的过程中会产生大量的NO_x，NO₂可用碱液吸收，反应如下：2NaOH+2NO₂═NaNO₃+H₂O+NaNO₂，NO不溶于碱，利用其氧化性，在一定条件下可用（NH₄）₂SO₃溶液吸收，写出该反应的化学方程式2（NH₄）₂SO₃+2NO=2（NH₄）₂SO₄+N₂．同理，此法也可吸收NO₂．
（3）（NH₄）₂SO₃吸收液中往往含有NH₄HSO₃，原因是（NH₄）₂SO₃+H₂O?NH₄HSO₃+NH₃•H₂O（用化学方程式表示），当n（NH₄HSO₃）/n[（NH₄）₂SO₃]＜0.1时，NO_x的吸收效率较高，可见，（NH₄）₂SO₃的还原性强于（填“强于”或“弱于”）NH₄HSO₃．提高NH₄HSO₃溶液中（NH₄）₂SO₃浓度的方法是加入氨水．
（4）（NH₄）₂SO₃吸收液放置一段时间后，为研究其中（NH₄）₂SO₃和NH₄HSO₃的含量，某研究小组取两份等体积吸收液，一份中加入足量硫酸，产生2.016L SO₂（标准状况下测得，假设气体已全部逸出，下同）；另一份中加入足量Ba（OH）₂，产生4.704L NH₃，同时得到24.19g白色沉淀．通过分析判断该吸收液的溶质为（NH₄）₂SO₃、NH₄HSO₃、（NH₄）₂SO₄，每份吸收液中，各溶质的物质的量依次是：（NH₄）₂SO₃物质的量为0.08mol，NH₄HSO₃物质的量为0.01mol，（NH₄）₂SO₄物质的量为0.02mol．

Answer 1

分析 （1）氮的固定是指氮元素从游离态变为化合态的过程；
（2）一氧化氮具有氧化性，能将亚硫酸根离子氧化，根据氧化还原反应原理来回答；
（3）n（NH₄HSO_3^）/n[（NH₄）₂SO₃]比值越小，NO₂的吸收效率越高，说明（NH₄）₂SO₃的还原性越强；依据（NH₄）₂SO₃+H₂O?NH₄HSO₃+NH₃•H₂O，水解平衡逆向进行提高NH₄HSO₃溶液中（NH₄）₂SO₃浓度；
（4）依据二氧化硫物质的量计算亚硫酸钡沉淀质量，和反应生成的沉淀质量对比判断沉淀中含有硫酸钡，设（NH₄）₂SO₃物质的量为x，NH₄HSO₃，物质的量为y，（NH₄）₂SO₄，物质的量为z，结合元素守恒分析．

解答 解：（1）放电条件下，氮气和氧气反应生成一氧化氮N₂+O₂$\frac{\underline{\;放电\;}}{\;}$2NO、氮气和氢气合成氨的反应属于氮的固定，N₂+3H₂$\frac{\underline{\;\;催化剂\;\;}}{高温高压}$2NH₃，
故答案为：N₂+O₂$\frac{\underline{\;放电\;}}{\;}$2NO；N₂+3H₂$\frac{\underline{\;\;催化剂\;\;}}{高温高压}$2NH₃；
（2）一氧化氮具有氧化性，能将亚硫酸根离子氧化，二者之间发生氧化还原反应：2（NH₄）₂SO₃+2NO=2（NH₄）₂SO₄+N₂，故答案为：2（NH₄）₂SO₃+2NO=2（NH₄）₂SO₄+N₂；
（3）（NH₄）₂SO₃吸收液中往往含有NH₄HSO₃，原因是（NH₄）₂SO₃+H₂O?NH₄HSO₃+NH₃•H₂O，n（NH₄HSO_3^）/n[（NH₄）₂SO₃]比值越小，NO₂的吸收效率越高，说明（NH₄）₂SO₃的还原性越强；依据（NH₄）₂SO₃+H₂O?NH₄HSO₃+NH₃•H₂O，水解平衡逆向进行提高NH₄HSO₃溶液中（NH₄）₂SO₃浓度，可以加入一水合氨抑制水解平衡；
故答案为：（NH₄）₂SO₃+H₂O?NH₄HSO₃+NH₃•H₂O；强于；加入氨水；
（4）依据题干数据分析计算：n（SO₂）=$\frac{2.016L}{22.4L/mol}$=0.09mol，n（NH₃）=$\frac{4.704L}{22.4L/mol}$=0.21mol，沉淀若为BaSO₃质量=0.09mol×217g/mol=19.53g＜24.19g，说明沉淀中含有BaSO₄，原来（NH₄）₂SO₃吸收液可能含有NH₄HSO₃，和部分变质的（NH₄）₂SO₄，
设（NH₄）₂SO₃物质的量为x，NH₄HSO₃，物质的量为y，（NH₄）₂SO₄，物质的量为z，结合元素守恒分析；某研究小组取两分等体积吸收液，一份中加入足量硫酸，产生2.016L SO₂（标准状况下测得，假设气体已全部溢出，下同），另一份中加入足量Ba（OH）₂溶液，产生4.704L NH₃，同时得到24.19g白色沉淀；
x+y=0.09，2x+y+2z=0.21，233z=24.19g-19.53g，z=0.02mol，x=0.08mol，y=0.01mol，则吸收液中各溶质及其物质的量依次是（NH₄）₂SO₃物质的量为0.08mol，NH₄HSO₃物质的量为0.01mol，（NH₄）₂SO₄物质的量为0.02mol；
故答案为：（NH₄）₂SO₃、NH₄HSO₃、（NH₄）₂SO₄；（NH₄）₂SO₃物质的量为0.08mol，NH₄HSO₃物质的量为0.01mol，（NH₄）₂SO₄物质的量为0.02mol．

点评 本题考查了物质性质的分析应用，主要是铵盐、亚硫酸盐性质的理解应用，注意物质成分的分析判断，化学方程式书写方法，掌握题干信息是解题关键，题目难度中等．