高中化学磷简答题

盐酸、硫酸和硝酸是中学阶段常见的“三大酸”。现就硫酸、硝酸与金属铜反应的情况，回答下列问题：
（1）工业上制备硫酸铜是利用废铜屑经灼烧后，在加热情况下跟稀硫酸反应，有关的化学方程式是：                  （两个）；不采用铜跟浓硫酸反应来制取硫酸铜的原因是                    （答两点）
（2）在一定体积的10 mol·L^－1的浓硫酸中加入过量铜片，加热使之反应，被还原的硫酸为0.9 mol。则浓硫酸的实际体积             (填“大于”、“等于”或“小于”)180 mL。
（3）若使剩余的铜片继续溶解，可在其中加入硝酸盐溶液(如KNO₃溶液)，则该反应的离子方程式为          
（4）将8 g Fe₂O₃投入到150 mL某浓度的稀硫酸中，再投入7 g铁粉，充分反应后，收集到1.68 L H₂(标准状况)，同时，Fe和Fe₂O₃均无剩余，为了中和过量的硫酸，且使溶液中铁元素完全沉淀，共消耗4 mol·L^－1的NaOH溶液150 mL。则原硫酸的物质的量浓度为          

合成氨是人类科学技术上的一项重大突破，其反应原理为：
N₂(g)＋3H₂(g)2NH₃(g) ΔH＝－92．4 kJ·mol^－1一种工业合成氨的简易流程图如下：

（1）在密闭容器中，使2 mol N₂和6 mol H₂混合发生下列反应：N₂(g)+3H₂(g)2NH₃(g)(正反应为放热反应)，当反应达到平衡时，N₂和H₂的浓度比是   。升高平衡体系的温度(保持体积不变)，混合气体的平均相对分子质量  (填“变大”、“变小”或“不变”) 。
（2）天然气中的H₂S杂质常用氨水吸收，产物为NH₄HS。一定条件下向NH₄HS溶液中通入空气，得到单质硫并使吸收液再生，写出再生反应的化学方程式： _________________。
（3）步骤Ⅱ中制氢气原理如下：
①CH₄(g)＋H₂O(g) CO(g)＋3H₂(g)   ΔH＝＋206．4 kJ·mol^－1
②CO(g)＋H₂O(g) CO₂(g)＋H₂(g)    ΔH＝－41．2 kJ·mol^－1
对于反应①，一定可以提高平衡体系中H₂百分含量，又能加快反应速率的措施是________。
a．升高温度           b．增大水蒸气浓度
c．加入催化剂         d．降低压强
利用反应②，将CO进一步转化，可提高H₂产量。若a mol CO和H₂的混合气体(H₂的体积分数为80%)与H₂O反应，得到1．14a mol CO、CO₂和H₂的混合气体，则CO转化率为__________________。
上述流程图中，使合成氨放出的能量得到充分利用的主要步骤是(填序号)______。
简述本流程中提高合成氨原料总转化率的方法：                 。

（一） 尿素又称碳酰胺，是含氮量最高的氮肥，工业上利用二氧化碳和氨气在一定条件下合成尿素。其反应分为如下两步：
第一步：2NH₃（l）＋CO₂（g）H₂NCOONH₄（氨基甲酸铵）（l）   △H₁= -330．0 kJ·mol^－1
第二步：H₂NCOONH₄（l）H₂O（l）＋H₂NCONH₂（l）  △H₂=" +" 226．3 kJ·mol^－1
某实验小组模拟工业上合成尿素的条件，在一体积为0．5 m³ 密闭容器中投入4 mol氨和1mol二氧化碳，实验测得反应中各组分的物质的量随时间的变化如下图所示：

①已知总反应的快慢由慢的一步决定，则合成尿素总反应的快慢由第     步反应决定。
②反应进行到10 min时测得CO₂的物质的量如上图所示，则用CO₂表示的第一步反应的速率v（CO₂）＝   mol/（L·min）。
③当反应在一定条件下达到平衡，若在恒温、恒容下再充入一定量气体He，则CO（NH₂）₂（l）的质量_________（填“增加”、“减小”或“不变”）。
（二）氨是制备尿素的原料，NH₃、N₂H₄等在工农业生产、航空航天等领域有广泛应用。
氨气溶于水得到氨水，在25℃下，将amol/L的氨水与bmol/L的硫酸以3∶2体积比混合反应后溶液呈中性。用含a和b的代数式表示出氨水的电离平衡常数为_________。
（三）氢气是合成氨的原料。“氢能”将是未来最理想的新能源。
（1）在25℃,101KPa条件下，1 g氢气完全燃烧生成液态水时放出142．9kJ热量，则表示氢气燃烧热的热化学方程式为                                          。
（2）氢气通常用生产水煤气的方法制得。其中C（s）+ H₂O（g）CO（g）+H₂（g），在850℃时平衡常数K=1。若向1升的恒定密闭真空容器中同时加入x mol C和6．0mol H₂O。
①当加热到850℃反应达到平衡的标志有______________ 。

A．容器内的压强不变

B．消耗水蒸气的物质的量与生成CO的物质的量相等

C．混合气的密度不变

D．单位时间有n个H-O键断裂的同时有n个H-H键断裂

②x应满足的条件是                 。
（四）CO₂是合成尿素的原料，但水泥厂生产时却排放出大量的CO₂。华盛顿大学的研究人员研究出一种方法，可实现水泥生产时CO₂零排放，其基本原理如图所示：

（1）上述生产过程的能量转化方式是                                      。
（2）上述电解反应在温度小于900℃时进行碳酸钙先分解为CaO和CO₂，电解质为熔融碳酸钠，则阳极的电极反应式为        ，阴极的电极反应式为             。

SO₂、NO是大气污染物。吸收SO₂和NO，获得Na₂S₂O₄和NH₄NO₃产品的流程图如下（Ce为铈元素）：

（1）装置Ⅰ中生成HSO₃^－的离子方程式为                            。
（2）含硫各微粒（H₂SO₃、HSO₃^－和SO₃^2－）存在于SO₂与NaOH溶液反应后的溶液中，它们的物质的量分数X(i)与溶液pH 的关系如图所示。

①下列说法正确的是        （填字母序号）。
a．pH=8时，溶液中c(HSO₃^－) < c(SO₃^2－)
b．pH=7时，溶液中c(Na⁺) =c(HSO₃^－)+c(SO₃^2－)
c．为获得尽可能纯的NaHSO₃，可将溶液的pH控制在4～5左右
②向pH=5的NaHSO₃溶液中滴加一定浓度的CaCl₂溶液，溶液中出现浑浊，pH降为2，用化学平衡移动原理解释溶液pH降低的原因：                          。
（3）装置Ⅱ中，酸性条件下，NO被Ce⁴⁺氧化的产物主要是NO₃^－、NO₂^－，写出生成NO₃^－的离子方程式             。
（4）装置Ⅲ的作用之一是再生Ce⁴⁺，其原理如下图所示。

①生成Ce⁴⁺的电极反应式为                    。
②生成Ce⁴⁺从电解槽的        （填字母序号）口流出。
（5）已知进入装置Ⅳ的溶液中，NO₂^－的浓度为a g·L^-1，要使1 m³该溶液中的NO₂^－完全转化为NH₄NO₃，需至少向装置Ⅳ中通入标准状况下的O₂        L（用含a代数式表示，计算结果保留整数）.

1902年德国化学家哈博研究出合成氨的方法，其反应原理为：
N₂(g)+3H₂(g)2NH₃(g);△H（△H＜0）
一种工业合成氨的简易流程图如下：

完成下列填空：
（1）天然气中的H₂S杂质常用氨水吸收，产物为NH₄HS。一定条件下向NH₄HS溶液中通入空气，得到单质硫并使吸收液再生。NH₄HS的电子式是___________，写出再生反应的化学方程式：__________________。NH₃的沸点高于H₂S，是因为NH₃分子之间存在着一种比_________力更强的作用力。
（2）室温下，0.1 mol/L的氯化铵溶液和0.1 mol/L的硫酸氢铵溶液，酸性更强的是_______，其原因是___________________________________________________________。
已知：H₂SO₄：H₂SO₄ = H⁺+HSO₄^－; 
HSO₄^－H⁺+SO₄^2－ :
K =1.2×10^－2    NH₃·H₂O：K=1.8×10^－5
（3）图甲表示500℃、60.0MPa条件下，原料气投料比与平衡时NH₃体积分数的关系。根据图中a点数据计算N₂的平衡体积分数：______（保留3位有效数字）。
（4）依据温度对合成氨反应的影响，在图乙坐标系中，画出一定条件下的密闭容器内，从常温下通入原料气开始，随温度不断升高，NH₃物质的量变化的曲线示意图。
       
（5）上述流程图中，使合成氨放出的能量得到充分利用的主要步骤是（填序号）________。
简述本流程中提高合成氨原料总转化率的方法(只答一种即可)：_________________。

含氮化合物是重要的化工原料。存在如下转化关系：

（1）工业上常用浓氨水检验氯气管道是否泄漏。
①氨气溶于水的过程中存在的平衡有              （用离子方程式表示）。
②向固体氧化钙中滴加浓氨水，可用于实验室制取少量氨气，简述原理              。
（2）转化Ⅱ中发生的系列反应，在工业上可以用来制备硝酸，写出①中反应的化学方程式为         。
（3）现代工业常以氯化钠、二氧化碳和氨气为原料制备纯碱。转化Ⅲ中部分反应如下：
NH₃+CO₂+H₂O  NH₄HCO₃，NH₄HCO₃+NaCl（饱和） NaHCO₃↓+NH₄Cl。
①转化Ⅲ中有NaHCO₃沉淀析出的原因是                。
②欲测定某工业纯碱样品中Na₂CO₃的质量分数，某同学设计方案如下：
准确称取10.00g样品，加入过量的盐酸，充分反应，蒸干、冷却后称量。反复加热、冷却、称量，直至所称量的固体质量几乎不变为止，此时所得固体的质量为10.99g。样品中碳酸钠的质量分数为          。
（4）以氨作为燃料的固体氧化物(含有O^2一)燃料电池，具有全固态结构、能量效率高、无污染等特点。工作原理如图所示：

①固体氧化物作为电池工作的电解质，O^2一移向              （填字母）。
A．电极a        B．电极b
②该电池工作时,电极a上发生的电极反应为              。

（本题14分）
烟气中NO_x是NO和NO₂的混合物（不含N₂O₄）。
（1）．根据废气排放标准，1m³烟气最高允许含400mgNO_x。若NO_x中NO质量分数为0．85，则lm³烟气中最高允许含NO     L（标准状况，保留2位小数）。
（2）．若用氨气除去废气中的氮氧化物(NO_x)：NO_x+NH₃→N₂+H₂O(l)。假如每升废气中含NO_x 0．0672L（只含NO和NO₂），向100．000L废气中通入10．000L氨气可使NO_x完全转化，测得反应后气体体积变为103．952L（气体体积均折算到标准状况）。
①NO_x 中的 x 值为_________（保留1位小数）。
②除去废气中的NO_x，至少需氨________mol（保留2位小数）。
（3）．工业上通常用溶质质量分数为0．150的Na₂CO₃水溶液（密度l．16g／mL）作为NO_x吸收剂，该碳酸钠溶液物质的量浓度为      mol／L（保留2位小数）。
（4）．已知：NO+NO₂+Na₂CO₃ → 2NaNO₂+CO₂  ①
2NO₂+Na₂CO₃ → NaNO₂+NaNO₃+CO₂         ②
1m³含2000mgNO_x的烟气用质量分数为0．150的碳酸钠溶液吸收。若吸收率为80％，吸收后的烟气         排放标准（填“符合”或“不符合”），          理由：             。
（5）．加入硝酸可改变烟气中NO和NO₂的比，反应为：NO+2HNO₃ → 3NO₂+H₂O
当烟气中n(NO)：n(NO₂)=2：3时，吸收率最高。
lm³烟气含2000mgNO_x，其中n(NO)：n(NO₂)=9：1。
计算：
①为了达到最高吸收率，1m³烟气需用硝酸的物质的量（保留3位小数）。
②1m³烟气达到最高吸收率90％时，吸收后生成NaNO₂的质量（假设上述吸收反应中，反应①比反应②迅速。计算结果保留1位小数）。

(16分)汽车尾气中CO、NO_x 以及燃煤废弃中的SO₂都是大气污染物，对它们的治理具有重要意义。吸收SO₂和NO，获得Na₂S₂O₄和NH₄NO₃产品的流程图如下(Ce为铈元素)：

（1）装置Ⅰ中，NaOH溶液吸收SO₂也可生成Na₂SO₃和NaHSO₃的混合溶液
①写出NaOH溶液吸收SO₂生成等物质的量的Na₂SO₃和NaHSO₃混合溶液时总反应的离子方程式           。
②已知混合液pH随：n（）变化关系如下表：

	91：9	1：1	9：91
	8.2	7.2	6.2

当混合液中时，c(Na⁺)      c(HSO₃^-)+ 2c(SO₃^2-)（填“>”“=”或“<”）
（2）装置Ⅱ中，酸性条件下，NO被Ce⁴⁺ 氧化的产物主要是NO₃^- 、NO₂^- ，写出只生成NO₂^-的离子方程式                       ；
（3）装置Ⅲ的作用之一是再生Ce⁴⁺，其原理如下图所示。

①生成的Ce⁴⁺从电解槽的         (填字母序号)口流出；
②生成S₂O₄^{2 -} 的电极反应式为                           ；
（4）已知进入装置Ⅳ的溶液中，NO₂^- 的浓度为a g·L^{- 1} ，要使1m³该溶液中的NO₂^- 完全转化为NO₃^-，至少需向装置Ⅳ中通入标准状况下的O₂         L。(用含a代数式表示)

铵盐是一种重要的水体污染物。某课题组利用电解法，在含Cl^-的水样中，探究将NH₄⁺转化为N₂而脱氮的影响因素和反应机理。
（1）电解法脱氮的原理可能如下：
①直接电氧化
在碱性条件下，发生2NH₃ + 6OH^- - 6e^- = N₂ + 6H₂O反应的电极为     （填“阴”、“阳”）极；
②-OH(自由羟基)电氧化
在电流作用下，利用产生的强氧化性中间产物OH脱氮，-OH中O元素的化合价    ；
③间接电氧化
利用电解产生的Cl₂，与H₂O作用生成HClO进行脱氮。请写出HClO在酸性条件下氧化NH₄⁺的离子方程式                  。
（2）探究适宜的实验条件
下图为不同电流强度下脱氮的效果，综合考虑能耗因素，电流强度应选择    A。

（3）该课题组进一步探究脱氮过程中的强氧化性的活性中间产物，提出了如下假设，请你完成假设三：
假设一：只有·OH；    
假设二：只有HClO；  
假设三：               。
（4）请你设计实验探究脱氮过程中是否有·OH产生，完成下表内容。

实验方案	预期实验结果和结论
配制一定pH、NH4^+和Cl^-浓度的溶液，用最佳电流强度，电解样品90min后，采用电子自旋共振法检测样品中·OH

（5）研究得知，脱氮过程主要以原理③为主，弱酸性溶液中比强酸溶液中更利于使NH₄⁺转化为N₂而脱氮，请从化学平衡移动的角度解释其原因                。

下图是各种不同密度的硝酸与铁反应(相同温度)时主要还原产物的分布图。请认真读图分析，回答有关问题。
（1）下列叙述中正确的是(填序号)                。

A．图中横坐标是硝酸的密度，硝酸的密度越大，其浓度越小。

B．当还原剂和温度相同时，不同浓度的硝酸被还原的产物不是单一的，只是在某浓度时，以某种产物为主而已。

C．硝酸的浓度越大，还原产物中N元素低化合价产物越少。

D．当硝酸密度大于1.3 g·cm^-3时，还原产物主要为NO、NO2

（2）当硝酸溶液的密度为1.36 g·cm^-3时，Fe与过量硝酸反应的化学方程式是_________________。
（3）限用下列仪器、药品验证由铁和过量1.36 g·cm^-3硝酸反应产生的气体中含有NO(不考虑N₂O₄)。设计一个合理而简单的实验方案（仪器可选择使用，N₂的用量可自由控制，加热装置和固定装置省略）。

第1步：反应并收集生成的气体：
①实验中气体发生装置应选择 (填装置序号)，理由是                                。
②装置的连接顺序是(填各装置接口的序号)：[  ]→[  ] [  ]→[8] [9]→[  ]。
③检查装置气密性后，开始反应。待E中充满红棕色气体，停止实验。
第2步：验证E中有NO。
④取下试管E，倒立在F中，轻轻摇动试管。
确认生成的气体中有NO的现象是                                                    。
（4）某工厂生产硝酸的流程简要表示如下：

①氧化炉中反应的化学方程式为_____________________________________________________。
②工业上通常用质量分数为15%的Na₂CO₃水溶液(密度1.16 g·mL^－1)作为NO_x吸收剂，它的物质的量浓度为_____________ mol·L^－1(保留2位小数)。