Question

【題目】工業(yè)制硝酸的關(guān)鍵是氨的催化氧化，與硝酸工業(yè)相關(guān)的過程中產(chǎn)生的氮氧化物NOx(NO和NO2的混合物，假設(shè)不含N2O4)的處理與應(yīng)用也是科學研究的熱點。

⑴工業(yè)上可用氨催化吸收法處理NOx，反應(yīng)原理為4xNH3+6NOx(2x+3)N2+6xH2O。某化學興趣小組模擬該處理過程的實驗裝置如圖所示：

①裝置A中發(fā)生反應(yīng)的化學方程式為________。

②裝置D中堿石灰的作用是________。

⑵工業(yè)上也常用Na2CO3溶液吸收法處理NOx(已知：NO不能與Na2CO3溶液反應(yīng))。NO+NO2+ Na2CO3 = 2 NaNO2+ CO2；

2NO2+ Na2CO3 = NaNO2+ NaNO3+ CO2。

①當NOx被Na2CO3溶液完全吸收時，x的值不可能是________填選項字母。

A.1.4 B.1.6 C.1.8

②將1 mol NOx通入Na2CO3溶液中，被完全吸收時，溶液中生成的NO3－、NO2－兩種離子的物質(zhì)的量隨x變化關(guān)系如圖所示：

圖中線段a表示________填化學式隨x值的變化關(guān)系；若用溶質(zhì)質(zhì)量分數(shù)為21.2%的Na2CO3溶液吸收，則需要Na2CO3溶液至少________g。

用足量的Na2CO3溶液完全吸收NOx，每產(chǎn)生22.4 L(標準狀況)CO2(全部逸出)時，吸收液質(zhì)量就增加44g，則NOx中的________。

⑶氨催化吸收法和Na2CO3溶液吸收法處理NOx尾氣的意義是________。

⑷尿素也可用于吸收處理NOx，其反應(yīng)原理為NO+NO2+ H2O = 2HNO2、2HNO2+CO(NH2)2 = 3H2O + CO2↑+ 2N2↑。當混合氣體中NO、NO2按上述反應(yīng)中系數(shù)比時吸收效果最佳。若混合氣體中V(NO):V(NO2)=5:1時，可通入一定量的空氣，同溫同壓下，V(空氣):V(NO)= ________ (空氣中O2的體積含量約為20%)。

Answer 1

【答案】2NH4Cl+Ca(OH)2CaCl2 + 2NH3↑ +2H2O 除去氣體中含有的水蒸氣 A NO2－ 250 1.875 將有毒氣體轉(zhuǎn)化為無毒物質(zhì)，防止有毒氣體的污染 ：1

【解析】

⑴①A中氯化銨與氫氧化鈣在加熱條件下反應(yīng)生成氨氣、氯化鈣和水得到方程式。

②堿石灰為堿性干燥劑，可以干燥堿性氣體和中性氣體。

⑵①由方程式可知，NO單獨不能被吸收，NO和NO2混合氣體被NaOH溶液被完全吸收，滿足n(NO2):n(NO)≥1，再進行計算最小值。

②根據(jù)極限法計算，NO和NO2物質(zhì)的量比為1：1，只生成NO2－，再根據(jù)守恒法進行計算。

③先設(shè)未知數(shù)根據(jù)方程式進行計算，得到氮的物質(zhì)的量和氧的物質(zhì)的量，再計算NOx。

⑶氮氧化物有毒，因此用純堿吸收氮氧化物能將有毒氣體轉(zhuǎn)化為無毒物質(zhì)。

⑷若混合氣體中V(NO):V(NO2)=5:1時，假設(shè)NO為5mol，NO2為1mol，為使氣體被完全吸收，應(yīng)滿足NO為3mol，NO2為3mol，根據(jù)方程式要將NO轉(zhuǎn)化為NO2，需要的氧氣，再轉(zhuǎn)化為空氣。

⑴①A中氯化銨與氫氧化鈣在加熱條件下反應(yīng)生成氨氣、氯化鈣和水，方程式為：2NH4Cl+Ca(OH)2CaCl2 + 2NH3↑ +2H2O；故答案為：2NH4Cl+Ca(OH)2CaCl2 + 2NH3↑ +2H2O。

②堿石灰為堿性干燥劑，氨氣為堿性氣體，所以可以用堿石灰干燥氨氣；故答案為：除去氣體中含有的水蒸氣。

⑵①由方程式可知，NO單獨不能被吸收，NO和NO2混合氣體被NaOH溶液被完全吸收，滿足n(NO2):n(NO)≥1，當n(NO2):n(NO)=1時x值最小，x最小值為，因為混有NO，所以x最大值，故x的取值范圍為1.5≤x<2，所以x的值不可能是1.3；故答案為：A。

②用極限法：若x=1.5氣體應(yīng)為NO和NO2混合物，物質(zhì)的量比為1：1，按NO+NO2+ Na2CO3 = 2 NaNO2+ CO2反應(yīng)，沒有NO3－，線a應(yīng)該表示NO2－，由守恒法可知：反應(yīng)生成的NaNO3和NaNO2中氮元素與鈉元素之比為1：1，所以1molNOx被完全吸收至少需碳酸鈉0.5mol，質(zhì)量為53g，所以碳酸鈉溶液的質(zhì)量為，故答案為：NO2－；250。

③設(shè)由NO2和純堿反應(yīng)產(chǎn)生CO2為amol，

由NO和NO2與純堿反應(yīng)產(chǎn)生的CO2為bmol，

2NO2+ Na2CO3 = NaNO2+ NaNO3+ CO2 質(zhì)量增加Δm=48g

1mol 48g

Amol 48ag

NO+NO2+ Na2CO3 = 2 NaNO2+ CO2 質(zhì)量增加Δm=32g

1mol 32g

bmol 32bg

a + b =1，48a + 32b = 44，解得a= 0.75mol，b = 0.25mol

n(NO2)=0.75mol×2 +0.25mol =1.75mol

n(NO)=0.25mol，

，故答案為：1.875。

⑶氮氧化物有毒，對環(huán)境有污染，用純堿吸收氮氧化物能將有毒氣體轉(zhuǎn)化為無毒物質(zhì)，防止有毒氣體的污染，故答案為：將有毒氣體轉(zhuǎn)化為無毒物質(zhì)，防止有毒氣體的污染。

⑷若混合氣體中V(NO):V(NO2)=5:1時，可設(shè)NO為5mol，NO2為1mol，為使氣體被完全吸收，應(yīng)滿足NO為3mol，NO2為3mol，則需反應(yīng)2molNO生成NO2，由方程式2NO +O2 =2NO可知，需要1mol O2，又空氣中氧氣的體積含量約為20%，則需要5mol空氣，所以V(空氣):V(NO)=5:5=1:1，故答案為：1：1。