Question

3．工业上硝酸的制备和自然界中硝酸的生成既有相同之处，又有区别．路线①②③是工业生产硝酸的主要途径，路线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ是雷电高能固氮过程中硝酸的生成途径．

（1）写出N₂的一种用途做保护气（或保存粮食、制氨气等）．
（2）实验室制取物质NH₃的化学方程式为Ca（OH）₂+2NH₄Cl$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CaCl₂+2NH₃↑+2H₂O．
（3）写出工业制硝酸第③步反应化学方程式3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO．
（4）硝酸是一种强氧化性、腐蚀性的强酸，其还原产物因硝酸浓度的不同而有变化，从总体上说，硝酸浓度越高，平均每分子硝酸得到的电子数越少，浓硝酸的还原产物主要为NO₂，稀硝酸的还原产物主要为NO． 实验室中，常用Cu与浓HNO₃反应制取NO₂，用Cu与稀HNO₃反应制取NO．
（ⅰ）请写出实验室中用Cu与浓HNO₃反应制取NO₂的化学方程式：Cu+4HNO₃（浓）=Cu（NO₃）₂+2NO₂↑+2H₂O．该反应中发生氧化反应的物质是Cu，1mol氧化剂得到（填“得到”或“失去”）1 mol电子．
（ⅱ）48.0g Cu与适量的浓HNO₃反应，铜全部溶解后，共收集到标准状况下22.4L的气体（NO₂和NO的混合气体），反应中消耗HNO₃的物质的量是C
A．1.5mol        B．2.0mol        C．2.5mol        D．3.0mol
（ⅲ）实际上硝酸不仅可被还原为NO₂或NO，浓度更稀时硝酸还可以被还原为N₂O、N₂、NH₄NO₃等．请将3种物质：FeSO₄、Fe（NO₃）₃和Fe₂（SO₄）₃分别填入下面对应的横线上，组成一个未配平的化学方程式．
HNO₃+FeSO₄+→Fe（NO₃）₃+Fe₂（SO₄）₃+N₂O↑+H₂O
写出对应离子方程式8Fe²⁺+2NO₃^-+10H⁺=8Fe³⁺+N₂O↑+5H₂O．

Answer 1

分析 （1）氮气的化学性质比较稳定，故可用氮气做保护气、保存粮食、制氨气等；
（2）实验室中用氢氧化钙和氯化铵加热反应制取氨气，写出该反应的化学方程式；
（3）工业制硝酸第③步为二氧化氮与水反应生成硝酸和一氧化氮；
（4）（ⅰ）铜与浓硝酸反应生成硝酸铜、二氧化氮与水；所含元素化合价升高的物质发生氧化反应；氧化剂获得电子，发生还原反应，结合N元素化合价变化计算转移电子；
（ⅱ）铜和硝酸反应，随着浓度的减少，硝酸的还原产物的价态越低，铜和浓硝酸反应生成NO₂，而与稀硝酸反应时则生成NO，故生成的气体可能只有NO₂或NO₂和NO混合物，由于每个气体分子都含有1个N原子，故气体的物质的量等于被还原的硝酸的物质的量，根据生成硝酸铜的物质的量可知表现酸性的硝酸的物质的量，这两部分硝酸的质量即为消耗的硝酸的质量；
（ⅲ）所给的物质组合中，HNO₃中氮元素化合价位于最高价，具有氧化性，对应还原产物为NO₂，能将还原性的FeSO₄氧化为Fe₂（SO₄）₃，根据氢原子守恒，水在生成物中，配平完成方程式，再改写成离子方程式．

解答 解：（1）由于氮气的化学性质比较稳定，焊接金属时可以用氮气做保护气，储存粮食时也可以用氮气代替空气，避免粮食变质，工业合成氨中以氮气为原料，
故答案为：做保护气（或保存粮食、制氨气等）；
（2）实验室中用氢氧化钙与氯化铵加热反应生成氯化钙、氨气和水，反应方程式为：Ca（OH）₂+2NH₄Cl$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CaCl₂+2NH₃↑+2H₂O，
故答案为：Ca（OH）₂+2NH₄Cl$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CaCl₂+2NH₃↑+2H₂O；
（3）工业制硝酸第③步反应为二氧化氮与水反应生成硝酸，反应的化学方程式为：3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO，
故答案为：3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO；
（4）（ⅰ）铜与浓硝酸反应生成硝酸铜、二氧化氮与水，反应方程式为：Cu+4HNO₃（浓）=Cu（NO₃）₂+2NO₂↑+2H₂O；
反应中Cu元素化合价升高，发生氧化反应，硝酸是氧化剂，获得电子，其化合价由+5降低为+4，故1mol硝酸完全其氧化剂作用，转移电子为1mol，
故答案为：Cu+4HNO₃（浓）=Cu（NO₃）₂+2NO₂↑+2H₂O；Cu；得到； 1；
（ⅱ）铜和硝酸反应，随着浓度的减少，硝酸的还原产物的价态越低，铜和浓硝酸反应生成NO₂，而与稀硝酸反应时则生成NO，故生成的气体可能只有NO₂或NO₂和NO混合物，由于每个气体分子都含有1个N原子，故气体的物质的量等于被还原的硝酸的物质的量，
n（气体）=$\frac{22.4L}{22.4L/mol}$=1mol，即被还原的硝酸的物质的量为1mol，
n（Cu）=$\frac{48g}{64g/mol}$=0.75mol，则生成n[Cu（NO₃）₂]=0.75mol，可知表现酸性的硝酸的物质的量为0.75mol×2=1.5mol，
则参加反应的硝酸的物质的量为：1.0mol+1.5mol=2.5mol，
故答案为：C；
（ⅲ） 所给的物质组合中，HNO₃中氮元素化合价位于最高价，具有氧化性，对应还原产物为NO₂，能将还原性的FeSO₄氧化为Fe₂（SO₄）₃，根据氢原子守恒，水在生成物中，配平后发生的反应为：30HNO₃+24FeSO₄=8Fe（NO₃）₃+8Fe₂（SO₄）₃+3N₂O+15H₂O，改写成离子方程式为：8Fe²⁺+2NO₃^-+10H⁺=8Fe³⁺+N₂O↑+5H₂O，
故答案为：FeSO₄；→Fe（NO₃）₃+Fe₂（SO₄）₃；8Fe²⁺+2NO₃^-+10H⁺=8Fe³⁺+N₂O↑+5H₂O．

点评 本题考查氧化还原反应基本概念、计算与配平及含氮化合物的综合应用等知识，题目难度中等，试题知识点较多、综合性较强，充分考查学生的分析、理解能力及化学计算能力，注意掌握氧化还原反应的配平方法，明确含氮化合物的知识及其应用．