Question

已知 NH₃和 Cl₂在常溫下可快速反應生成氮氣：2NH₃+3Cl₂→N₂+6HCl．當 Cl₂和 NH₃ 比例不同時，產物有差異．
（1）若利用該反應處理含有氨氣和氯氣的尾氣，用于制備鹽酸，則 Cl₂和 NH₃的最佳比例為______．該反應可用于檢驗化工生產中氯氣是否泄漏．如氯氣有少量泄漏，用氨氣檢驗時有明顯現象，此過程中發生反應的Cl₂和NH₃的體積比范圍為______．
（2）體積為1.12L，質量為3.335g的Cl₂和N₂的混合氣體通過濃氨水后，體積變為0.672L（其中Cl₂體積分數為50%）（氣體體積均為標準狀況下測定）．則原混合氣體中N₂的體積為______ mL．
（3）根據第（2）題數據，計算被氧化的NH₃的質量．下面是兩位學生從不同角度解題時所列的第一步算式，請判斷他們所列未知數X分別表示什么量，并填寫在表格內：（單位沒列出）

學生編號	所列第一步算式	未知數X表示的意義
甲
乙

（4）有Cl₂和N₂的混合氣體，其中N₂的體積分數為x，將1L該混合氣體與1L氨氣混合，討論x取不同范圍的數值時，所得氣體體積y與x的關系式（所有氣體體積均在相同狀況下測定）．

Answer 1

解：（1）氨氣和氯氣在常溫下可快速反應生成氮氣：2NH₃+3Cl₂=N₂+6HCl．若利用該反應處理含有氨氣和氯氣的尾氣，用于制備鹽酸，則 Cl₂和 NH₃的最佳比例為3：2；如果管道漏氣，則發生反應3Cl₂+2NH₃=N₂+6HCl，生成HCl氣體繼續與氨氣反應生成氯化銨，現象為有白煙生成，即氨氣應過量，所以發生反應的Cl₂和NH₃的體積比為大于0，小于1.5，故答案為：3：2； 大于0，小于1.5；
（2）體積為1.12L物質的量為0.05mol，質量為3.335g的Cl₂和N₂的混合氣體的平均摩爾質量==66.7g/mol，設混合氣體中含有氮氣物質的量為X，氯氣物質的量為（0.05-X）mol，得到28X+（0.05-X）71=3.335，計算得到X=0.005mol，則原混合氣體中N₂的體積為0.005mol×22，4L/mol=0.112L=112ml；
故答案為：112；
（3）甲：2NH₃+3Cl₂→N₂+6HCl計算表達式是利用反應前后氣體物質的量的變化進行計算，所以計算式中X的意義是被氧化的氨氣的物質的量；
故答案為：被氧化氨的物質的量；
乙：2NH₃+3Cl₂→N₂+6HCl分析反應和計算表達式分析判斷，X為原混合氣體中氯氣的體積，故答案為：反應前Cl₂的體積；
（4）若按上式反應，2NH₃+3Cl₂→N₂+6HCl，氨過量，所以還會生成氯化銨8NH₃+3Cl₂→N₂ +6NH₄Cl；當x=62.5%時恰好生成氯化銨和氮氣，此時Y=0.75L（生成0.125+原來的0.625．也可用差量法2-1.25）；當x＞62.5%時剩余氨氣，可以用氯氣計算，差量法求得氣體減少10（1-x）/3，所以Y=2-10（1-x）/3=（10x-4）/3；當x＜62.5%時氯和氨都用完，求出生成的氮氣和氯化氫氣體體積之和為（2-3x），原有氮x，所以共有氣體體積為Y=（2-2x）
答：關系式為y=2-2x 0.625＞x＞0；y=（10x-4）/3 x≥0.625．
分析：（1）NH₃和 Cl₂在常溫下可快速反應生成氮氣：2NH₃+3Cl₂→N₂+6HCl，利用該反應處理含有氨氣和氯氣的尾氣，Cl₂和 NH₃的最佳比例是恰好完全反應；檢驗氯氣存在需要氯氣和氨氣反應生成氯化氫和氨氣冒白煙生成氯化銨白色固體，氨氣過量；
（2）標準狀況下體積為1.12L，質量為3.335g的Cl₂和N₂的混合氣體的平均摩爾質量，結合質量和物質的量計算得到原混合氣體中的氯氣和氮氣物質的量之比，計算得到氮氣體積；
（3）依據圖表中的計算式和依據分析判斷；
（4）依據反應的極值方法進行分析計算分析判斷不同范圍的氣體體積，注意反應前后差量的計算應用．
點評：本題考查了氯氣性質的分析判斷，化學方程式的差量計算應用，計算式的分析判斷未知量的含義，題目難度較大．