3-18 硫酸、硝酸的工业制备 【上好课】2026年高考化学培优微突破系列

3-18 硫酸、硝酸工业制备 1．工业上利用黄铁矿(FeS2)制取硫酸 （1）涉及反应 ①FeS2＋O2Fe2O3＋SO2 ②SO2＋O2SO3 ③SO3＋H2O=H2SO4 （2）问题探讨 ①煅烧黄铁矿要在沸腾炉中进行，其中矿石要粉碎，从炉底鼓入空气，炉中的粉末状固体就像沸腾的液体一样，煅烧时为什么要将矿石粉碎成粉末状？ 提示：增大矿石和氧气的接触面积，提高燃烧效率。 ②在接触室中通入过量的氧气，能否将SO2全部转化成SO3? 提示：不能；原因是SO2催化氧化成SO3的反应是可逆反应。 ③依据化学反应速率和化学平衡原理，增大压强对SO2催化氧化成SO3的反应是十分有利的，而工业生产上为什么不采用高压而采用常压下进行反应？ 提示：常压下，SO2催化氧化成SO3的转化率已经很高，增大压强，即增加了设备的投资，得不偿失。 ④吸收塔中发生的是SO3与水的反应，为什么吸收SO3气体时用98%的浓硫酸而不用水吸收？ 提示：用水吸收SO3易形成硫酸的酸雾，影响吸收效率。 ⑤硫酸工厂的尾气中含有大量的SO2，写出用氨水吸收SO2的化学方程式。 提示：SO2＋NH3·H2O=NH4HSO3，2NH3·H2O＋SO2=(NH4)2SO3＋H2O。 2．工业制硝酸 （1）涉及反应 ①NH3＋O2NO＋H2O ②NO＋O2=NO2 ③NO2＋H2O=HNO3＋NO （2）问题探讨 ①步骤③吸收塔中为什么NO2被水吸收过程中要补充一定量的空气？ 提示：因NO2与水反应生成HNO3时只有的NO2转化成HNO3，通入空气的目的是使NO2与O2作用完全转化成HNO3，方程式为4NO2＋O2＋2H2O=4HNO3。 ②工业制硝酸时，能否将工业尾气直接排入大气中？ 工业尾气中有害气体的主要成分是什么？ 提示：不能；NO和NO2。 ③已知： ①NO＋NO2＋2NaOH=2NaNO2＋H2O ②2NO2＋2NaOH=NaNO2＋NaNO3＋H2O 硝酸工厂的尾气可用NOx(NO与NO2的混合气体)表示，用NaOH溶液可吸收尾气，为使NOx完全被NaOH溶液吸收x的取值范围是什么？如何操作才能保证NOx完全被NaOH溶液吸收？ 提示：1.5≤x＜2；通入一定量的空气(或O2)后，再被NaOH溶液吸收。 【典例1】 【审题要点】 1．（25-26高一上·湖北武汉·期末）硫酸和硝酸均是重要的化工原料，回答下列问题： （1）工业上可以用黄铜矿(主要成分是，还含有少量)制取硫酸。 ①将黄铜矿“粉碎处理”的目的是___________。 ②实验室里完成“煅烧”时需要的陶瓷仪器有___________(填名称)。 ③“吸收”时，选用___________作为吸收剂。 （2）硝酸是重要的化工原料，工业上以氨为原料制硝酸，反应流程如下图所示： 上述流程中，需要使用催化剂的反应是___________(填“Ⅰ”、“Ⅱ”或“Ⅲ”)，状态下，与足量水反应，转移电子数为___________。 （3）向含有和的混合物中滴加的稀硝酸溶液至时，固体恰好完全溶解，得到标准状况下气体(纯净物)。反应过程中转移电子的物质的量是______________________。 【答案】（1） 增大接触面积，使反应更充分 坩埚、泥三角 浓硫酸 （2） Ⅰ 2 （3） 0.6 0.2 【解析】高温煅烧步骤中与氧气反应生成CuO、和，二氧化硫在作催化剂下与氧气反应生成，用98.3%的浓硫酸吸收，得到发烟硫酸，据此分析； （1）①将固体反应物粉碎，可以增大反应物的接触面积。接触面积越大，反应速率越快，反应也越充分。 ②煅烧通常在高温下进行，实验室中常使用酒精喷灯或煤气灯加热。进行高温灼烧固体的仪器是坩埚。坩埚在加热时需要放置在泥三角上，而泥三角则放在三脚架上。 ③流程图中催化氧化后生成的是。工业上吸收通常不用水，若用水易形成酸雾，吸收效率低；一般用98.3%的浓硫酸，避免酸雾的产生，提高吸收效率，并得到发烟硫酸或浓硫酸。 （2） 流程图中反应Ⅰ是氨的催化氧化，必须使用催化剂；反应Ⅱ是 NO 氧化成，通常不需要催化剂；反应Ⅲ是与水反应生成硝酸，也不需要催化剂。 的物质的量： ，反应方程式为，该反应为歧化反应，参与反应，其中元素化合价从+4价升高到+5价，失去电子；元素化合价从+4价降低到+2价，得到电子，故转移的电子数为。 （3）Cu与稀硝酸的反应为，氧化亚铜与稀硝酸的反应为。故得到标准状况下气体为NO，即生成0.2molNO，根据得失电子守恒，硝酸中的 N从+5价得到电子变成 中的 +2价，每个 N 原子得到3个电子，即生成0.2molNO转移电子的物质的量是0.6mol。 该过程中，还原剂是和中的Cu元素，它们最终都变成了。根据方程式可知，0.1 mol Cu 化合价从0→+2 ，失去电子数 ；a mol 其中 Cu 化合价从 ，1mol含有2 mol Cu ，所以失去电子数，故总失电子数，故a=0.2mol。 · 硫酸部分：以黄铜矿（CuFeS₂，含少量 SiO₂）为原料制硫酸，涉及粉碎、煅烧、吸收等步骤。 · 硝酸部分：以氨为原料制硝酸，流程为氨催化氧化 → NO 氧化 → NO₂ 吸收。 · 计算部分：含 Cu 和 Cu₂O 的混合物与稀硝酸反应，求转移电子数。 · 问题类型：操作目的、仪器选择、吸收剂选择、催化剂判断、电子转移数计算。 【思路分析】 · 粉碎目的：增大固体与气体的接触面积，加快反应速率，使反应更充分。 · 煅烧仪器：实验室高温煅烧固体常用坩埚、泥三角。 · SO₃ 吸收：工业上用 98.3% 浓硫酸吸收 SO₃，避免用水形成酸雾，提高吸收效率。 · 氨催化氧化：反应 I（4NH₃ + 5O₂ → 4NO + 6H₂O）需催化剂（铂铑合金），是氧化还原反应。 · NO₂ 与水反应：3NO₂ + H₂O → 2HNO₃ + NO，转移电子数计算：3 mol NO₂ 参与反应，转移 2 mol 电子（歧化反应）。 · Cu 与 Cu₂O 与硝酸反应：利用得失电子守恒，生成 NO 的物质的量对应转移电子数；通过总失电子数求 Cu₂O 的量。 【典例2】 【审题要点】 2．（24-25高一上·福建三明·期末）黄铁矿(主要成分)是自然界分布较广的一种硫化物矿物。工业上以黄铁矿为原料生产硫酸，并以制硫酸产生的尾气()为原料制备焦亚硫酸钠的流程如图所示。 （1）反应①中被氧化的元素是______(写元素符号)。 （2）设计实验检验“炉渣”中的铁元素为＋3价______。 （3）“制硫酸”时，如果大量尾气直接排放，引起的环境问题主要为______(写一种)。 （4）反应②的化学方程式为______。 （5）实验小组用“W”形玻璃管(如图)验证的性质，①④处的试剂分别为固体、品红溶液、酸性溶液、滴有酚酞的溶液。下列说法正确的是______(填标号)。 A．①处出现气泡，体现的氧化性 B．②处溶液褪色，用酒精灯加热后红色复原 C．③处、④处溶液褪色，且褪色原理相同 D．①处试剂换成碳粉也可以达到实验目的 （6）可用作葡萄酒的抗氧化剂。为测定某葡萄酒中的含量，取葡萄酒样品与碘标准液反应，消耗标准液（假设葡萄酒中其他成分不与反应），则样品中的含量为______。(已知：) 【答案】（1）、S （2）取少量炉渣样品于试管中，加入稀硫酸（或稀盐酸）溶解后滴加KSCN溶液，若溶液变红，说明炉渣中铁元素为+3价 （3）形成酸雨等合理答案 （4） （5）B （6）0.19 【解析】黄铁矿（主要成分FeS2）在空气中高温煅烧生成Fe2O3和SO2；SO2经过一系列步骤生成硫酸，尾气中含有的SO2用氢氧化钠溶液吸收生成NaHSO3，加热后得到Na2S2O5，据此作答； （1）反应①的化学方程式为，其中Fe的化合价由+2升至+3，S的化合价由-1升至+4，故被氧化的元素为Fe、S； （2）Fe3+遇KSCN溶液会显红色，故检验“炉渣”中的铁元素为+3价的实验方案为：取少量炉渣样品于试管中，加入稀硫酸（或稀盐酸）溶解后滴加KSCN溶液，若溶液变红，说明炉渣中铁元素为+3价； （3）SO2如果直接排放到大气中，会造成的主要环境问题是形成酸雨； （4）反应②为SO2与NaOH反应生成NaHSO3，化学方程式为； （5）装置中利用70%浓硫酸与Na2SO3固体反应生成SO2气体，再通过品红溶液、酸性溶液、滴有酚酞的NaOH溶液验证SO2的性质，最后用蘸有NaOH溶液的棉花吸收SO2尾气，则： A．①处利用70%浓硫酸与Na2SO3固体反应生成SO2气体，属于“强酸制弱酸”的复分解反应，体现H2SO4的强酸性，A错误； B．SO2具有漂白性，能够和品红结合生成无色物质，但该无色物质不稳定，加热后溶液又会恢复红色，B正确； C．③处褪色原因是SO2具有还原性，能够还原为Mn2+从而使酸性高锰酸钾溶液褪色；④处褪色原因是SO2是酸性氧化物，能够和NaOH溶液反应成盐从而降低溶液的碱性，使酚酞褪色，褪色原理不同，C错误； D．常温下，C和浓硫酸不反应，不能生成SO2气体，无法达到实验目的，D错误； 故选B； （6）根据化学方程式可知，100.00 mL葡萄酒样品中含有的的物质的量为，则样品中的含量为。 · 原料：黄铁矿（FeS₂）煅烧得 SO₂ 和炉渣（Fe₂O₃）。 · 流程：煅烧 → 制硫酸 → 尾气 SO₂ 用 NaOH 吸收得 NaHSO₃ → 加热得 Na₂S₂O₅。 · 验证实验：用“W”形玻璃管验证 SO₂ 性质。 · 滴定计算：用碘标准液测定葡萄酒中 Na₂S₂O₅ 含量。 · 问题类型：元素被氧化判断、Fe³⁺ 检验、SO₂ 污染、化学方程式、SO₂ 性质实验、滴定计算。 【思路分析】 · FeS₂ 煅烧：4FeS₂ + 11O₂ → 2Fe₂O₃ + 8SO₂，Fe 和 S 均被氧化。 · Fe³⁺ 检验：用 KSCN 溶液，变红证明 Fe³⁺ 存在。 · SO₂ 环境问题：形成酸雨。 · SO₂ 与 NaOH 反应：SO₂ + NaOH → NaHSO₃，2NaHSO₃ → Na₂S₂O₅ + H₂O。 · SO₂ 性质实验： · 与品红：漂白性，加热恢复红色。 · 与酸性 KMnO₄：还原性，褪色。 · 与酚酞 NaOH：酸性氧化物，使碱性褪色。 · 70% 浓硫酸与 Na₂SO₃ 反应体现强酸性，非氧化性。 · 滴定关系：Na₂S₂O₅ 与 I₂ 反应：S₂O₅²⁻ + 2I₂ + 3H₂O → 2SO₄²⁻ + 4I⁻ + 6H⁺，1 mol Na₂S₂O₅ 消耗 2 mol I₂，计算含量。 1．（25-26高一上·安徽·期末）自然界中的氮元素以氮气、氮氧化物、硝酸和盐等形式存在，人类对氮元素的利用，就是实现氮元素在不同物质之间的转化。 （1）下列有关物质的性质与用途具有对应关系的是　　　　(填字母)。 A．NH3易溶于水，可用作制冷剂 B．HNO3具有强氧化性，可用于制NH4NO3 C．NH4HCO3受热易分解，可用作化肥 D．N2性质稳定，可用作食品保护气 （2）自然界中高能固氮的化学方程式为___。 （3）氮肥是水体中铵态氮()的主要来源之一。实验室中检验可以用浓的____(填试剂名称)，现象为产生有刺激性气味的气体。铵态氮与亚硝态氮()可以在氨氧化细菌的作用下转化为氮气，该反应中，当产生0.02 mol氮气时，转移电子的物质的量为____。 （4）NOx(氮氧化物)是大气污染物，主要包括NO、NO2。处理NOx对环境保护具有重要的意义。 ①汽车排气管上装有催化转化器，可减少尾气对环境的污染，有害气体CO和NO反应可转化为无害气体，该反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为___。 ②工业生产中利用氨水吸收少量SO2和NO2，原理如图。NO2被吸收过程的离子方程式是___。 （5）HNO3是极其重要的化工原料，在工业、农业、医药、军事等领域有着广泛的应用，现代工业上常用氨催化氧化制硝酸，相关流程示意图如下： ①写出“氧化炉”中氨催化氧化的化学方程式：___。 ②工业上常用碱液来吸收NOx，有关的化学方程式为； 。一定条件下0.2 mol NO2和0.1 mol NO的混合气体恰好被200 mL NaOH溶液完全吸收，则NaOH溶液的物质的量浓度为___。 【答案】（1）D （2） （3） 氢氧化钠溶液（或其他合理答案） 0.06 mol （4） 1:1 （5） 1.5 mol·L-1 【解析】（1）A．NH3作制冷剂是由于液氨汽化吸热，A错误； B．用HNO3制备NH4NO3与HNO3具有强氧化性无关，B错误； C．NH4HCO3受热易分解，应保存在阴凉处，用作氮肥的原因是它是含氮元素的盐，C错误； D．N2的化学性质稳定，可用作食品保护气，D正确； 故选D。 （2）自然界中高能固氮的化学方程式为 （3）与反应生成氮气，中N元素的化合价由-3升高为0， 中N元素的化合价由+3降低为0，根据得失电子守恒，该反应的离子方程式为，生成1 mol氮气转移3 mol电子，当产生0.02 mol氮气时，转移电子的物质的量为0.06 mol。 （4）汽车排气管上装有催化转化器，有害气体CO和NO反应可转化为无害气体氮气和二氧化碳，反应的化学方程式为，氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶1。 （5）一定条件下0.2 mol NO2和0.1 mol NO的混合气体恰好被200 mL NaOH溶液完全吸收，根据N原子守恒可知，参加反应的NaOH的物质的量为0.1 mol + 0.2 mol = 0.3 mol，则NaOH溶液的物质的量浓度为=1.5 mol·L-1。 2．（24-25高一下·黑龙江佳木斯·阶段练习）氮是生物体的重要组成元素，也是维持高等动植物生命活动的必需元素。研究氮的循环和转化对生产和生活有重要的价值。 Ⅰ．硝酸铵是一种常用的化肥，其工业生产流程如下图。请回答下列问题。 （1）吸收塔C中通入空气的目的是___________；C、D两个反应容器中发生的反应，属于氧化还原反应的是___________(填反应容器代号)。 （2）写出反应容器A中的化学方程式：___________，反应容器B中的化学方程式：___________。 Ⅱ．工业制硝酸时尾气中含有NO、NO2，可用以下方法吸收： （3）水吸收法。用水吸收NO2的缺陷是___________(用化学方程式和必要的文字说明) （4）NaOH溶液吸收法。 ①发生的主要反应可能有：2NaOH+NO+NO2=2NaNO2+H2O，___________(填化学方程式)。 ②用不同浓度的NaOH溶液吸收NO2含量不同的尾气(α表示尾气中NO2的体积百分含量)，测得氮氧化物吸收率与NaOH溶液浓度的关系如图所示。依据测得的关系图，下列说法正确的是___________(填序号)。 A．NaOH溶液浓度越大，氮氧化物的吸收率越大 B．NaOH浓度为1.25mol/L，二氧化氮百分含量为50%时，此时氮氧化物吸收率最高 C．NO2含量越小，氮氧化物的吸收率越大 D．NO2含量越大，氮氧化物的吸收率越大 【答案】（1） 将一氧化氮氧化成二氧化氮 C （2） N2+3H2 2NH3 4NH3+5O24NO+6H2O （3）3NO2+H2O=2HNO3+NO，NO2有转化成NO没被吸收掉 （4） 2NO2+2NaOH=NaNO3+NaNO2+H2O D 【解析】由题给流程可知，A中氮气和氢气反应生成氨气，B中氨气与空气中的氧气在催化剂作用下共热反应生成一氧化氮和水，C中一氧化氮与空气、水反应生成硝酸，D中硝酸与氨气反应生成硝酸铵。 （1）C中通入空气的目的为将一氧化氮氧化成二氧化氮；C中一氧化氮与空气、水反应生成硝酸属于氧化还原反应，D中硝酸与氨气反应生成硝酸铵不是氧化还原反应，故选C。 （2）A中氮气和氢气反应生成氨气，该反应的化学方程式为N2+3H2 2NH3，在B中发生NH3与O2，在催化剂存在条件下加热，发生反应产生NO、H2O，该反应的化学方程式是4NH3+5O24NO+6H2O。 （3）NO2不能与空气反应，但溶于水，与水反应产生HNO3、NO，反应方程式为3NO2+H2O=2HNO3+NO。根据方程式可知：NO2在被H2O吸收时只有2/3转化为HNO3，还有1/3的NO2反应后变为有毒的NO，NO仍然是大气污染物，故不能被完全吸收转化，故答案为：3NO2+H2O=2HNO3+NO，NO2有1/3转化成NO没被吸收掉； （4）①除了NO、NO2与NaOH溶液发生归中反应，产生NaNO2外，NO2还会发生歧化反应，NO2中+4价的部分化合价降低，转化为NaNO2中+3价的N，还应有部分N化合价升高，转化为NaNO3中+5价的N，因此另一个化学方程式为： 2NO2+2NaOH=NaNO3+NaNO2+H2O； ②A根据上述图像可知，随着NaOH溶液浓度增大，氮氧化物的吸收率先增加后减小，故A错误； B根据上述图像可知，NaOH浓度低于1.25mol/L，二氧化氮百分含量为50%时氮氧化物吸收率才高，故B错误； C根据上述图像可知，NO2含量越小，氮氧化物的吸收率低，故C错误； D根据上述图像可知，NO2含量越大，氮氧化物的吸收率高，故D正确； 故答案选D。 3．（24-25高一下·广东惠州·期中）Ⅰ、硝酸是一种重要的化工原料，其生产工艺有多种。请回答： （1）干馏法是最早记录的制备硝酸方法，将硝酸钾受热分解后的气体用水吸收可获得硝酸：、_____(填化学方程式)。 （2）工业上曾使用浓硫酸和硝石制硝酸：，该反应体现了硫酸的_____(填浓硫酸的相关性质)。 （3）氨氮氧化法已广泛应用于工业化生产，工艺流程如下图。 下列说法正确的是 (选填序号)。 A．合成塔中，和6molH2充分反应可获得4molNH3，转移电子数为12NA B．氨分离器中，将混合气体冷凝使氨液化，N2和H2经压缩后送回合成塔 C．氧化炉和吸收塔中，实现了气体A的循环使用 D．尾气处理装置中，可用碱性溶液吸收或用NH₃还原 Ⅱ、硝酸工厂会排放大量氨氮废水，短程硝化-厌氧氨氧化工艺的目的是将氨氮废水中的氮元素转变为N2脱除，其机理如下： N2         资料：①该工艺处理后排出的废水中会有一定量 ②废水溶解氧浓度(DO)对于氮的脱除率的影响如图所示： （4）该工艺中被氧化的微粒是__________。 （5）参与(Ⅰ)中反应的 ________。 （6）当DO>2mg/L 时， 氮的脱除率为0，其原因可能是：①厌氧氨氧化菌被抑制，Ⅱ中反应无法发生；②__________。 Ⅲ、同学们为探究浓硝酸的强氧化性，将浓硝酸与铜反应，发现铜与浓硝酸反应后所得的溶液呈绿色，推测其原因可能是①硝酸铜的浓度太高；②生成的NO2溶解在硝酸铜溶液中。 （7）同学们设计下列实验方案证明其原因，这些方案中可行的是 (填字母)。 A．加水稀释该绿色溶液，观察颜色变化 B．加热该绿色溶液，观察颜色变化 C．向该绿色溶液中通入空气，观察颜色变化 D．向硝酸铜溶液中通入NO2气体，观察颜色变化 【答案】（1） （2）酸性、难挥发性 （3）BD （4） （5）2：3 （6）反应I产生的可能全部被氧化为，导致反应Ⅱ中因无反应物而无法发生 （7）BCD 【解析】N2、H2在合成塔中发生反应，在氨分离器中利用氨易液化的性质将NH3分离出来，多余的N2和H2回到合成塔继续反应，氨气和空气在氧化炉中发生反应生成NO，NO与O2迅速反应为NO2，NO2与水反应生成HNO3，最后进行尾气处理。 （1）硝酸钾受热分解后的气体是 NO与O2，用水吸收可获得硝酸，化学方程式：4NO+3O2+2H2O=4HNO3。 （2）由于硝酸的沸点比硫酸的低，所以受热时硝酸挥发出来，反应中生成了盐和酸HNO3，利用难挥发酸制易挥发酸原理，体现了硫酸的酸性、难挥发性。 （3）合成氨方程式： N2+3H22NH3；氧化炉方程式：催化剂4NH3+5O2 NO+6H2O， A．合成氨方程式：N2+3H22NH3是可逆反应，和6molH2充分反应生成的NH3小于4mol，转移电子数小于12NA，故A错误； B．氨分离器中，将混合气体冷凝使氨液化提高产率，N2和H2经压缩后送回合成塔提高转化率，故B正确； C．氧化炉通入的气体为空气(氧气)用来氧化氨气，吸收塔中通入的气体为空气(氧气)用来使生成的NO可以被氧化成NO2继续和水反应生成HNO3，被循环利用的是NO，故C错误； D．尾气处理装置中，NOx可用Na2CO3溶液吸收或用NH3还原，故D正确； 故答案为：BD。 （4）从转化过程分析，被氧气氧化为，与发生归中反应生成氮气，被还原，被氧化；所以该工艺中被氧化的微粒是。 （5）Ⅰ中反应为氧化还原反应，N元素由-3价上升到+3价，O元素由0价下降到-2价，根据电子守恒可知：n()×(3+3)= n(O2)×2×(2-0)，参与Ⅰ中反应的n()：n(O2)=2:3。 （6）根据信息可知：氧气浓度过高时，会被氧化成；所以当DO>2mg/L时，氮的脱除率为0，其原因可能是厌氧氨氧化菌被抑制，Ⅱ中反应无法发生；还有可能是Ⅰ中产生得全部被氧化为，导致反应Ⅱ中因无反应物而无法发生。 （7）铜与稀硝酸反应生成硝酸铜与一氧化氮，反应的离子方程式为：3Cu+8H++2=3Cu2++2NO↑+4H2O， A．加水稀释该绿色溶液，由于溶液浓度变小，溶液的颜色会变化，而且加水后气体的溶解量加大，溶液的颜色也会发生变化，故A错误； B．加热该绿色溶液减小气体溶解度，观察颜色变化，若溶液颜色变浅，可以判断溶液颜色是生成的NO2溶解在硝酸铜溶液中所致，故B正确； C．向该绿色溶液中通入空气，发生反应：4NO2+O2+2H2O=4HNO3，能改变溶液中溶解气体的量，观察颜色变化，若溶液颜色变浅，可以判断溶液颜色是生成的NO2溶解在硝酸铜溶液中所致，故C正确； D．向硝酸铜溶液中通入NO2气体，能改变溶液中溶解气体的量，观察颜色变化若溶液颜色变深，可以判断溶液颜色是生成的NO2溶解在硝酸铜溶液中所致，故D正确； 故选BCD。 13 / 13 学科网(北京)股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司zxxk.com 学科网（北京）股份有限公司 $ 3-18 硫酸、硝酸工业制备 1．工业上利用黄铁矿(FeS2)制取硫酸 （1）涉及反应 ①FeS2＋O2Fe2O3＋SO2 ②SO2＋O2SO3 ③SO3＋H2O=H2SO4 （2）问题探讨 ①煅烧黄铁矿要在沸腾炉中进行，其中矿石要粉碎，从炉底鼓入空气，炉中的粉末状固体就像沸腾的液体一样，煅烧时为什么要将矿石粉碎成粉末状？ 提示：增大矿石和氧气的接触面积，提高燃烧效率。 ②在接触室中通入过量的氧气，能否将SO2全部转化成SO3? 提示：不能；原因是SO2催化氧化成SO3的反应是可逆反应。 ③依据化学反应速率和化学平衡原理，增大压强对SO2催化氧化成SO3的反应是十分有利的，而工业生产上为什么不采用高压而采用常压下进行反应？ 提示：常压下，SO2催化氧化成SO3的转化率已经很高，增大压强，即增加了设备的投资，得不偿失。 ④吸收塔中发生的是SO3与水的反应，为什么吸收SO3气体时用98%的浓硫酸而不用水吸收？ 提示：用水吸收SO3易形成硫酸的酸雾，影响吸收效率。 ⑤硫酸工厂的尾气中含有大量的SO2，写出用氨水吸收SO2的化学方程式。 提示：SO2＋NH3·H2O=NH4HSO3，2NH3·H2O＋SO2=(NH4)2SO3＋H2O。 2．工业制硝酸 （1）涉及反应 ①NH3＋O2NO＋H2O ②NO＋O2=NO2 ③NO2＋H2O=HNO3＋NO （2）问题探讨 ①步骤③吸收塔中为什么NO2被水吸收过程中要补充一定量的空气？ 提示：因NO2与水反应生成HNO3时只有的NO2转化成HNO3，通入空气的目的是使NO2与O2作用完全转化成HNO3，方程式为4NO2＋O2＋2H2O=4HNO3。 ②工业制硝酸时，能否将工业尾气直接排入大气中？ 工业尾气中有害气体的主要成分是什么？ 提示：不能；NO和NO2。 ③已知： ①NO＋NO2＋2NaOH=2NaNO2＋H2O ②2NO2＋2NaOH=NaNO2＋NaNO3＋H2O 硝酸工厂的尾气可用NOx(NO与NO2的混合气体)表示，用NaOH溶液可吸收尾气，为使NOx完全被NaOH溶液吸收x的取值范围是什么？如何操作才能保证NOx完全被NaOH溶液吸收？ 提示：1.5≤x＜2；通入一定量的空气(或O2)后，再被NaOH溶液吸收。 【典例1】 【审题要点】 1．（25-26高一上·湖北武汉·期末）硫酸和硝酸均是重要的化工原料，回答下列问题： （1）工业上可以用黄铜矿(主要成分是，还含有少量)制取硫酸。 ①将黄铜矿“粉碎处理”的目的是___________。 ②实验室里完成“煅烧”时需要的陶瓷仪器有___________(填名称)。 ③“吸收”时，选用___________作为吸收剂。 （2）硝酸是重要的化工原料，工业上以氨为原料制硝酸，反应流程如下图所示： 上述流程中，需要使用催化剂的反应是___________(填“Ⅰ”、“Ⅱ”或“Ⅲ”)，状态下，与足量水反应，转移电子数为___________。 （3）向含有和的混合物中滴加的稀硝酸溶液至时，固体恰好完全溶解，得到标准状况下气体(纯净物)。反应过程中转移电子的物质的量是______________________。 · 硫酸部分：以黄铜矿（CuFeS₂，含少量 SiO₂）为原料制硫酸，涉及粉碎、煅烧、吸收等步骤。 · 硝酸部分：以氨为原料制硝酸，流程为氨催化氧化 → NO 氧化 → NO₂ 吸收。 · 计算部分：含 Cu 和 Cu₂O 的混合物与稀硝酸反应，求转移电子数。 · 问题类型：操作目的、仪器选择、吸收剂选择、催化剂判断、电子转移数计算。 【思路分析】 · 粉碎目的：增大固体与气体的接触面积，加快反应速率，使反应更充分。 · 煅烧仪器：实验室高温煅烧固体常用坩埚、泥三角。 · SO₃ 吸收：工业上用 98.3% 浓硫酸吸收 SO₃，避免用水形成酸雾，提高吸收效率。 · 氨催化氧化：反应 I（4NH₃ + 5O₂ → 4NO + 6H₂O）需催化剂（铂铑合金），是氧化还原反应。 · NO₂ 与水反应：3NO₂ + H₂O → 2HNO₃ + NO，转移电子数计算：3 mol NO₂ 参与反应，转移 2 mol 电子（歧化反应）。 · Cu 与 Cu₂O 与硝酸反应：利用得失电子守恒，生成 NO 的物质的量对应转移电子数；通过总失电子数求 Cu₂O 的量。 【典例2】 【审题要点】 2．（24-25高一上·福建三明·期末）黄铁矿(主要成分)是自然界分布较广的一种硫化物矿物。工业上以黄铁矿为原料生产硫酸，并以制硫酸产生的尾气()为原料制备焦亚硫酸钠的流程如图所示。 （1）反应①中被氧化的元素是______(写元素符号)。 （2）设计实验检验“炉渣”中的铁元素为＋3价______。 （3）“制硫酸”时，如果大量尾气直接排放，引起的环境问题主要为______(写一种)。 （4）反应②的化学方程式为______。 （5）实验小组用“W”形玻璃管(如图)验证的性质，①④处的试剂分别为固体、品红溶液、酸性溶液、滴有酚酞的溶液。下列说法正确的是______(填标号)。 A．①处出现气泡，体现的氧化性 B．②处溶液褪色，用酒精灯加热后红色复原 C．③处、④处溶液褪色，且褪色原理相同 D．①处试剂换成碳粉也可以达到实验目的 （6）可用作葡萄酒的抗氧化剂。为测定某葡萄酒中的含量，取葡萄酒样品与碘标准液反应，消耗标准液（假设葡萄酒中其他成分不与反应），则样品中的含量为______。(已知：) · 原料：黄铁矿（FeS₂）煅烧得 SO₂ 和炉渣（Fe₂O₃）。 · 流程：煅烧 → 制硫酸 → 尾气 SO₂ 用 NaOH 吸收得 NaHSO₃ → 加热得 Na₂S₂O₅。 · 验证实验：用“W”形玻璃管验证 SO₂ 性质。 · 滴定计算：用碘标准液测定葡萄酒中 Na₂S₂O₅ 含量。 · 问题类型：元素被氧化判断、Fe³⁺ 检验、SO₂ 污染、化学方程式、SO₂ 性质实验、滴定计算。 【思路分析】 · FeS₂ 煅烧：4FeS₂ + 11O₂ → 2Fe₂O₃ + 8SO₂，Fe 和 S 均被氧化。 · Fe³⁺ 检验：用 KSCN 溶液，变红证明 Fe³⁺ 存在。 · SO₂ 环境问题：形成酸雨。 · SO₂ 与 NaOH 反应：SO₂ + NaOH → NaHSO₃，2NaHSO₃ → Na₂S₂O₅ + H₂O。 · SO₂ 性质实验： · 与品红：漂白性，加热恢复红色。 · 与酸性 KMnO₄：还原性，褪色。 · 与酚酞 NaOH：酸性氧化物，使碱性褪色。 · 70% 浓硫酸与 Na₂SO₃ 反应体现强酸性，非氧化性。 · 滴定关系：Na₂S₂O₅ 与 I₂ 反应：S₂O₅²⁻ + 2I₂ + 3H₂O → 2SO₄²⁻ + 4I⁻ + 6H⁺，1 mol Na₂S₂O₅ 消耗 2 mol I₂，计算含量。 1．（25-26高一上·安徽·期末）自然界中的氮元素以氮气、氮氧化物、硝酸和盐等形式存在，人类对氮元素的利用，就是实现氮元素在不同物质之间的转化。 （1）下列有关物质的性质与用途具有对应关系的是　　　　(填字母)。 A．NH3易溶于水，可用作制冷剂 B．HNO3具有强氧化性，可用于制NH4NO3 C．NH4HCO3受热易分解，可用作化肥 D．N2性质稳定，可用作食品保护气 （2）自然界中高能固氮的化学方程式为___。 （3）氮肥是水体中铵态氮()的主要来源之一。实验室中检验可以用浓的____(填试剂名称)，现象为产生有刺激性气味的气体。铵态氮与亚硝态氮()可以在氨氧化细菌的作用下转化为氮气，该反应中，当产生0.02 mol氮气时，转移电子的物质的量为____。 （4）NOx(氮氧化物)是大气污染物，主要包括NO、NO2。处理NOx对环境保护具有重要的意义。 ①汽车排气管上装有催化转化器，可减少尾气对环境的污染，有害气体CO和NO反应可转化为无害气体，该反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为___。 ②工业生产中利用氨水吸收少量SO2和NO2，原理如图。NO2被吸收过程的离子方程式是___。 （5）HNO3是极其重要的化工原料，在工业、农业、医药、军事等领域有着广泛的应用，现代工业上常用氨催化氧化制硝酸，相关流程示意图如下： ①写出“氧化炉”中氨催化氧化的化学方程式：___。 ②工业上常用碱液来吸收NOx，有关的化学方程式为； 。一定条件下0.2 mol NO2和0.1 mol NO的混合气体恰好被200 mL NaOH溶液完全吸收，则NaOH溶液的物质的量浓度为___。 2．（24-25高一下·黑龙江佳木斯·阶段练习）氮是生物体的重要组成元素，也是维持高等动植物生命活动的必需元素。研究氮的循环和转化对生产和生活有重要的价值。 Ⅰ．硝酸铵是一种常用的化肥，其工业生产流程如下图。请回答下列问题。 （1）吸收塔C中通入空气的目的是___________；C、D两个反应容器中发生的反应，属于氧化还原反应的是___________(填反应容器代号)。 （2）写出反应容器A中的化学方程式：___________，反应容器B中的化学方程式：___________。 Ⅱ．工业制硝酸时尾气中含有NO、NO2，可用以下方法吸收： （3）水吸收法。用水吸收NO2的缺陷是___________(用化学方程式和必要的文字说明) （4）NaOH溶液吸收法。 ①发生的主要反应可能有：2NaOH+NO+NO2=2NaNO2+H2O，___________(填化学方程式)。 ②用不同浓度的NaOH溶液吸收NO2含量不同的尾气(α表示尾气中NO2的体积百分含量)，测得氮氧化物吸收率与NaOH溶液浓度的关系如图所示。依据测得的关系图，下列说法正确的是___________(填序号)。 A．NaOH溶液浓度越大，氮氧化物的吸收率越大 B．NaOH浓度为1.25mol/L，二氧化氮百分含量为50%时，此时氮氧化物吸收率最高 C．NO2含量越小，氮氧化物的吸收率越大 D．NO2含量越大，氮氧化物的吸收率越大 3．（24-25高一下·广东惠州·期中）Ⅰ、硝酸是一种重要的化工原料，其生产工艺有多种。请回答： （1）干馏法是最早记录的制备硝酸方法，将硝酸钾受热分解后的气体用水吸收可获得硝酸：、_____(填化学方程式)。 （2）工业上曾使用浓硫酸和硝石制硝酸：，该反应体现了硫酸的_____(填浓硫酸的相关性质)。 （3）氨氮氧化法已广泛应用于工业化生产，工艺流程如下图。 下列说法正确的是 (选填序号)。 A．合成塔中，和6molH2充分反应可获得4molNH3，转移电子数为12NA B．氨分离器中，将混合气体冷凝使氨液化，N2和H2经压缩后送回合成塔 C．氧化炉和吸收塔中，实现了气体A的循环使用 D．尾气处理装置中，可用碱性溶液吸收或用NH₃还原 Ⅱ、硝酸工厂会排放大量氨氮废水，短程硝化-厌氧氨氧化工艺的目的是将氨氮废水中的氮元素转变为N2脱除，其机理如下： N2         资料：①该工艺处理后排出的废水中会有一定量 ②废水溶解氧浓度(DO)对于氮的脱除率的影响如图所示： （4）该工艺中被氧化的微粒是__________。 （5）参与(Ⅰ)中反应的 ________。 （6）当DO>2mg/L 时， 氮的脱除率为0，其原因可能是：①厌氧氨氧化菌被抑制，Ⅱ中反应无法发生；②__________。 Ⅲ、同学们为探究浓硝酸的强氧化性，将浓硝酸与铜反应，发现铜与浓硝酸反应后所得的溶液呈绿色，推测其原因可能是①硝酸铜的浓度太高；②生成的NO2溶解在硝酸铜溶液中。 （7）同学们设计下列实验方案证明其原因，这些方案中可行的是 (填字母)。 A．加水稀释该绿色溶液，观察颜色变化 B．加热该绿色溶液，观察颜色变化 C．向该绿色溶液中通入空气，观察颜色变化 D．向硝酸铜溶液中通入NO2气体，观察颜色变化 3 / 7 学科网(北京)股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司zxxk.com 学科网（北京）股份有限公司 $