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课件网) 章末复习课 第二章 主题整合·践行素养 硝酸制法的探究 【知识体系建构】 【主题互动探究】 公元八世纪,阿拉伯炼金术士贾比尔·伊本·哈扬在干馏硝石的时候发现并制 得了硝酸,这是人类关于硝酸最早的记录。 硝酸工业在国民经济、国防工业和航天事业中占有重要地位。化学纤维、近代 有机合成、火箭、导弹等工业的迅速发展需要使用大量的硝酸。 【探究一】硝酸的工业制法 1.硝酸工业与合成氨工业密切相关,氨氧化法是工业生产中制取硝酸的主要途 径,其主要流程是将氨和空气的混合气体(氧∶氨≈2∶1)通入灼热(760～ 840 ℃)的铂铑合金网,在合金网的催化下,氨被氧化成一氧化氮(NO)。生成的 一氧化氮利用反应后残余的氧气继续氧化为二氧化氮,随后将二氧化氮通入水 中制取硝酸。 (1)请写出以氨气、空气、水为原料,制取硝酸的化学方程式? 提示:4NH3(g)+5O2(g) 4NO(g)+6H2O(g) 2NO(g)+O2(g)====2NO2(g) 3NO2(g)+H2O(l)====2HNO3(aq)+NO(g) (2)已知工业制硝酸的三个反应均为放热反应,分析“氨的催化氧化”步骤中, 可以通过哪些措施提高反应速率和增大转化率? 提示:“氨的催化氧化”是一个放热且气体分子数增大的反应,为提高反应速率, 可以采取升温、加压、增大反应物浓度、使用催化剂等措施;为增大转化率(即 促进平衡正向移动),可以采取降温、减压、增大反应物浓度、减少生成物浓度 等措施。 (3)采用的催化剂都为铂合金,常用的有Pt-Rh、Pt-Rh-Pd二元和三元合金,有 的铂合金中还加进Co、Ni和Mo等金属以降低催化剂成本和减少铂在1 500 ℃ 高温下的挥发性消耗。氨催化氧化的反应机理,包括以下几个步骤:①由于铂吸 附氧的能力很强,铂催化剂表面吸附的氧分子中的共价键被破坏,生成两个氧原 子;②铂催化剂表面从气体中吸附氨分子,随后氨分子中的氮和氢原子与氧原子 结合;③进行电子的重新排布,生成一氧化氮和水分子;④铂对NO和水分子的吸 附能力较小,它们在铂催化剂表面脱附,进入气相中。请结合有效碰撞理论,分 析催化剂在化学反应中的作用? 提示:催化剂改变化学反应历程,降低反应活化能,增大活化分子百分数,提高有效碰撞几率,增大反应速率。 (4)硝酸工业尾气中的NOx量>0.4%,可以选用什么试剂消除硝酸工业尾气的氮氧 化物污染?请写出除去NO和NO2尾气的化学方程式? 提示:NaOH溶液,NO+NO2+2NaOH====2NaNO2+H2O、2NaOH+2NO2====NaNO2+NaNO3+H2O 【探究二】硝酸的实验室制法 2.实验室制取少量硝酸常采用硝石-硫酸法,反应利用难挥发性酸 浓硫酸制取易挥发性酸硝酸,反应方程式为NaNO3(s)+H2SO4(l) NaHSO4(s) +HNO3(g)。工业上也曾使用此方法,试分析为何现在基本停用该方法大规模生 产硝酸? 提示:该方法耗酸量大,设备腐蚀严重。 【探究三】自然界中的硝酸 3.自然界中的硝酸主要由雷雨天生成的一氧化氮或微生物生命活动放出的二氧 化氮形成。人类活动也产生氮氧化物,全世界人为污染源每年排出的氮氧化物 大约为5 300万吨,这些氮氧化物也会形成硝酸。硝酸性质不稳定,因而无法在 自然界中长期存在,但硝酸的形成是氮循环的一环。 自然界中硝酸的生成经历以下三步:①一氧化氮的生成:N2+O2 2NO;②二氧 化氮的生成:2NO+O2====2NO2;③生成的二氧化氮溶于水中生成硝酸:3NO2+H2O ====2HNO3+NO。 此外,有些海鞘也能分泌硝酸御敌。 请解释谚语“雷雨发庄稼”? 提示:打雷下雨的时候,在闪电的作用下,空气中的少量氧气与氮气发生反应生 成NO,NO再与空气中的氧气反应生成二氧化氮,二氧化氮随雨水下降生成硝酸, 硝酸再与土壤中的矿物质反应生成硝酸盐,硝酸盐可作为农作物庄稼所需的肥 料。 应用实践·提升素养 1.(2020·株洲高二检测)已知在25 ℃时,下列反应的平衡常数如下: ①N2(g)+O2(g) 2NO(g) K ... ...
