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目标导航预习导引1.认识氨氧化法制HNO3的反应原理和特点。2.理解化学反应速率和化学平衡在HNO3制备的最佳条件、选择主要设备和生产流程中的应用。3.理解排放物治理达标,保护生态环境的意义。目标导航预习导引1.实验室观察氨氧化法制HNO3的模拟实验中,用到的催化剂是Cr2O3,工业上氨氧化法制HNO3使用的选择性良好的催化剂铂系催化剂,催化活性更好,是目前硝酸生产主要采用的催化剂。2.实验室可用NO2和H2O反应制取硝酸,同时还生成NO,反应的化学方程式是3NO2+H2O 2HNO3+NO,该反应只能在微热条件下进行,温度过高会使生成的硝酸挥发。3.氨氧化法制硝酸可分两个生产阶段,在第一阶段发生反应的化学方程式是4NH3+5O2 4NO+6H2O,在第二阶段发生反应的化学方程式是2NO+O2 2NO2、3NO2+H2O 2HNO3+NO,这种方法制得的硝酸只是稀硝酸。要把它制成浓硝酸可加入Mg(NO3)2再进行蒸馏浓缩,就可以得到98%的浓硝酸。常用浓硝酸的溶质的质量分数大约是63%。目标导航预习导引4.净化尾气。碱液吸收氮氧化物:用NaOH溶液吸收氮的氧化物,除了能吸收氮的氧化物外,还可以得到硝酸盐和亚硝酸盐。感悟思考1.NO2与水反应中有NO生成,因而吸收设备中应不断补充O2,为什么?提示：O2与NO反应又生成NO2,提高NO2的吸收效率。2.氨氧化炉中采用了哪些工业生产原理?提示：增大反应物接触面积。要点一要点二典例导航即时演练即时检测要点一氮氧化物的制备及HNO3的生成问题导思硝酸的工业制法有几种?提示：硝石法、电弧法、氨催化氧化法等。氨的催化氧化法采用的催化剂是什么?提示：铂系催化剂。综合法中的常压和加压分别针对什么化学反应过程?提示：氨的氧化常压下进行,NO的氧化和NO2的吸收在加压下进行。要点一要点二典例导航即时演练即时检测1.硝酸工业制法的发展。硝酸的工业制法有三种:第一种是早在17世纪就使用的硝石法。它是利用钠硝石跟浓硫酸共热而得硝酸。由于硝酸较易挥发,所以,反应产生的是硝酸蒸气,经冷凝后即为液体。反应生成的酸式硫酸盐,在高温条件下可进一步与钠硝石反应,生成硫酸正盐和硝酸。但硝酸在高温时会分解,所以硝石法一般控制在第一步反应。此法产量低,消耗硫酸多,又受到硝石产量的限制,已逐步被淘汰。要点一要点二典例导航即时演练即时检测第二种是电弧法。它是利用电弧使空气中的氮气和氧气直接化合生成NO。这是可逆反应,而且这两种单质互相化合时是吸热的,因此高温对于NO的生成有利。不过,即使在3 000 ,平衡混合物中也仅含有5%的一氧化氮。工业上用强大的电源产生的电弧做加热器,温度可达4 000 左右。当空气流迅速通过电弧时,空气受到强热,于是就生成了少量的一氧化氮。立即将混合气体冷却到1 200 以下,以后再进一步冷却。混合气体中的NO与O2化合生成NO2,最后用水吸收而成硝酸。因为电弧法耗费大量的电能,同时NO的产率低,当氨氧化法问世后,它也逐渐被淘汰了。要点一要点二典例导航即时演练即时检测第三种是氨的催化氧化法。按生产流程和操作条件不同,可分为常压法、加压法和综合法。这种方法成本低,产率高,消耗电能少。常压法是在常压下进行的,加压法是在加压(600 kPa900 kPa)下进行的,综合法是既有常压过程又有加压过程,即氨的氧化在常压下进行,一氧化氮的氧化和二氧化氮的吸收在加压(600 kPa900 kPa)下进行。常压法生产的硝酸中HNO3的质量分数较小,一般为47%50%。它的生产设备所需的不锈钢数量较多,但操作方便,铂催化剂损失小,消耗电能较小。加压法生产的硝酸中HNO3的质量分数较大,一般为58%60%,可以节省吸收塔数目,因而所需不锈钢数量较少,但操作复杂,消耗电能较大,铂催化剂损失也较大。综合法则兼有二者的优点。要点一要点二典例导航即时演练即时检测2.氨氧化法制硝酸。(1)氨氧化生成一氧化氮。要点一要点二典例导航即时演练即时检测(2)硝酸的生成。这样制得的稀硝酸,要想获得95%100%的浓硝酸,可采用的方法是:稀硝酸浓缩脱水制浓硝酸:以硝酸镁作脱水剂,将浓硝酸镁溶液与稀硝酸按一定比例混合进行蒸馏。由于硝酸镁具有脱水作用,因此可蒸出浓度较高的硝酸蒸气。将硝酸蒸气再进行精馏,即可得到含量在98%以上的硝酸蒸气,冷凝后形成浓硝酸。直接合成浓硝酸:在一定的温度和压强下,利用液态四氧化二氮(N2O4)、纯氧和水可直接合形成浓硝酸。要点一要点二典例导航即时演练即时检测液态四氧化二氮是怎样获得的呢?第一步,制取一氧化氮。氨催化氧化生成一氧化氮并迅速冷却,使生成的水蒸气经冷凝而除去。第二步,将一氧化氮氧化成二氧化氮。一氧化氮的氧化分两步进行:首先一氧化氮与空气中的氧气反应生成二氧化氮,未被氧化的一氧化氮再用浓度为98%的浓硝酸深度氧化。第三步,分离出二氧化氮,将二氧化氮冷凝即可获得液态四氧化二氮。要点一要点二典例导航即时演练即时检测3.氮的氧化物溶于水的计算规律。(1)关系式法。NO2和O2的混合气体溶于水时,由4NO2+O2+2H2O 4HNO3可知,当体积比要点一要点二典例导航即时演练即时检测当体积比 要点一要点二典例导航即时演练即时检测值得注意的是:4NO2+O2和4NO+3O2从组成上均相当于2N2O5的组成。即两种情况中的总反应式都与N2O5+H2O 2HNO3等效。这不仅是记忆两式的方法,也为相关计算题的解法提供了新的思路。即利用混合气体中的N、O原子个数比进行分析判断:(2)电子守恒法。NO2或NO转化为HNO3时要失去电子,若上述两种气体与O2混合,O2得电子,且得失电子数必然相等,这是电子守恒法解答此类题目的依据。要点一要点二典例导航即时演练即时检测【例1】 某兴趣小组用下图装置探究氨的催化氧化。 (导学号52710011)(1)氨催化氧化的化学方程式为:。 (2)加热玻璃管2一段时间后,挤压1中打气球鼓入空气,观察到2中物质呈红热状态;停止加热后仍能保持红热,该反应是反应(填“吸热”或“放热”)。 (3)为保证在装置4中观察到红棕色气体,装置3应装入;若取消3,在4中仅观察到大量白烟,原因是 。 (4)为实现氨催化氧化,也可用装置5替换装置(填装置代号);化合物X为(只写一种),Na2O2的作用是。 要点一要点二典例导航即时演练即时检测解析：本题是一道综合性较强的实验题。氨的催化氧化,首先要制备NH3和O2,可得出装置1的作用:制备NH3和鼓入O2。在装置2中NH3和O2在催化剂、加热条件下,反应生成NO和H2O。利用装置3除去H2O,在装置4中NO被氧化为NO2。若取消装置3,在装置4中生成的NO与O2反应生成NO2,NO2与水反应生成HNO3,NH3与HNO3反应生成了NH4NO3。(4)装置5是制备NH3和O2。答案：(1)4NH3+5O2 4NO+6H2O(2)放热(3)浓硫酸生成的NO与O2反应生成NO2,NO2与水反应生成HNO3,NH3与HNO3反应生成了NH4NO3(4)1(NH4)2CO3与CO2、H2O反应生成氧气要点一要点二典例导航即时演练即时检测1.工业上用氨的催化氧化法制HNO3时,用制得的50%左右的硝酸溶液制成98%的浓硝酸,一般采用的方法是()A.加CaCl2后再蒸馏浓缩B.加生石灰吸去水分后再过滤C.加硝酸镁后再蒸馏浓缩D.加入浓硫酸后再分液答案：C要点一要点二典例导航即时演练即时检测要点二尾气的净化和处理问题导思硝酸工业中尾气的有害成分是什么?提示：NO、NO2等含氮氧化物。处理硝酸工业尾气常用什么方法?提示：碱液吸收法和催化还原法。处理硝酸工业尾气常用的原料是什么?提示：纯碱溶液或甲烷、氢气等。要点一要点二典例导航即时演练即时检测1.碱液吸收法。2.催化还原法。利用碳酸钠溶液吸收氮的氧化物比较经济,但处理后的尾气中氮的氧化物的含量仍难以达到排放标准,人们又采用催化还原法净化尾气。在催化剂存在的条件下,利用各种燃料气中的甲烷、氢气等将氮的氧化物还原为氮气和水,使尾气中氮的氧化物的含量降低,达到甚至低于排放标准。要点一要点二典例导航即时演练即时检测【例2】 在硝酸生产过程所排放出来的废气中含有NO和NO2,它们污染环境,现用氨催化还原法将它们转化为无毒气体(填名称)直接排入空气中,写出有关反应的化学方程式:。 假设NO和NO2的物质的量之比恰好为1 1,则两者的混合物相当于一种酸酐,写出用烧碱溶液吸收这种酸酐的化学方程式:。 (导学号52710012)解析：硝酸的酸酐是N2O5,和NaOH反应生成NaNO3,亚硝酸的酸酐是N2O3,和NaOH反应生成NaNO2。要点一要点二典例导航即时演练即时检测2.化工生产中的废气和汽车尾气的排放是造成大气污染的主要原因。下列气体经过处理后可用做燃料的是 ()A.硫酸工业尾气B.硝酸工业尾气C.汽车尾气D.高炉煤气解析：各选项与主要污染物的对应关系是:A二氧化硫、三氧化硫;B一氧化氮、二氧化氮;C一氧化碳、二氧化碳、一氧化氮、二氮化氮和烃;D一氧化碳、二氧化碳。由于汽车尾气很分散,而目前甚至于今后一段时间内,将汽车尾气转化为燃料还不现实,故选D。答案：D要点一要点二即时检测1.在氨氧化法制硝酸中,二氧化氮的吸收反应如下:3NO2+H2O 2HNO3+NO(正反应为放热反应)为了提高硝酸的产率,应该采取的措施是()A.降低温度B.升高温度C.减小压强D.使用催化剂解析：该可逆反应为正反应气体体积缩小的放热反应,故增大压强、降低温度可使平衡向右移动,提高硝酸的产率。答案：A要点一要点二即时检测2.关于NO的下列叙述中不正确的是() (导学号52710013)A.NO可以是某些含低价N元素的物质被氧化的产物B.NO不是亚硝酸酐C.NO可以是某些含高价N元素的物质被还原的产物D.NO是红棕色气体答案：D要点一要点二即时检测3.下图是A、B、C、D、E五种含氮物质相互转化的关系图。其中A、B、C、D常温下都是气体,B为红棕色,写出A、B、C、D、E的化学式和各步反应的化学方程式。 (导学号52710014)(1)A,B,C,D,E。 (2)AC;AD;DC;CB;BE;EC。 要点一要点二即时检测答案：(1)N2NO2NONH3HNO3
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