Question

15．工业上利用氨氧化获得的高浓度NO_x气体（含NO、NO₂）制备NaNO₂、NaNO₃，工艺流程如下：

已知：Na₂CO₃+NO+NO₂═2NaNO₂+CO₂
（1）氨氧化法获得NO、NO₂气体的方程式分别为4NH₃+5O₂$\frac{\underline{催化剂}}{△}$4NO+6H₂O，2NO+O₂=2NO₂．
（2）中和液所含溶质除NaNO₂及少量Na₂CO₃外，还有NaNO₃ （填化学式）．
（3）中和液进行蒸发I操作时，应控制水的蒸发量，避免浓度过大，目的是防止NaNO₂的析出．蒸发I产生的蒸汽中含有少量NaNO₂等有毒物质，不能直接排放，将其冷凝后用于流程中的一（填操作名称）最合理．
（4）在实验室里实现分离l的操作名称是过滤．母液II需回收利用，下列处理方法合理的是cd．
a．转入中和液  b．转入结晶I操作  c．转入转化液  d．转入结晶II操作
（5）若将NaNO₂、NaNO₃两种产品的物质的量之比设为2：1，则生产1.38吨NaNO₂时，Na₂CO₃的理论用量为1.59吨（假设NaNO₂恰好完全反应）．

Answer 1

分析 由制备流程可知，碳酸钠溶解后，碱吸收发生Na₂CO₃+NO+NO₂═2NaNO₂+CO₂、3NO₂+H₂O=HNO₃+NO、Na₂CO₃+2HNO₃=NaNO₃+H₂O+CO₂↑，然后中和液进行蒸发Ⅰ操作，应避免浓度过大NaNO₂析出，蒸发Ⅰ产生的蒸汽中含有少量的NaNO₂等有毒物质要回收再循环利用；结晶过滤分离出NaNO₃，母液I中主要含NaNO₂，母液Ⅰ进行转化时加入稀HNO₃、空气，硝酸提供酸性环境，可将NaNO₂转化为NaNO₃，转化液蒸发、结晶、过滤分离出NaNO₃，母液Ⅱ中主要含NaNO₃．
（1）氨气具有还原性，氧气具有氧化性，氨气中氮元素为-3价，被氧气氧化为+2价的氮元素，所以氨气和氧气反应生成一氧化氮和水，NO易与空气中的O₂反应生成二氧化氮气体，据此分析解答；
（2）由上述分析可知，二氧化氮与碱液反应生成NaNO₂，还可生成NaNO₃，中和液中含剩余的少量Na₂CO₃，
（3）中和液进行蒸发Ⅰ操作时，应控制水的蒸发量，避免浓度过大，目的是防止NaNO₂的析出，NaNO₂等有毒要回收再循环利用；
（4）固液分离通常采用过滤的方法，母液Ⅱ需回收利用，可转入转化液或转入结晶Ⅱ操作，提高其利用率；
（5）生产1.38吨NaNO₂时，n（NaNO₂）=$\frac{1.38×1{0}^{6}g}{69g/mol}$=2×10⁴mol，NaNO₂、NaNO₃两种产品的物质的量之比为2：1，则n（NaNO₃）=1×10⁴mol，由Na原子守恒可知，2n（Na₂CO₃）=n（NaNO₂）+n（NaNO₃），结合m=nM计算．

解答 解：（1）NH₃与过量O₂在催化剂、加热条件下发生反应生成一氧化氮和水，反应方程为：4NH₃+5O₂$\frac{\underline{催化剂}}{△}$4NO+6H₂O，
常温下NO易与空气中的O₂反应生成红棕色的二氧化氮气体，2NO+O₂=2NO₂，
故答案为：4NH₃+5O₂$\frac{\underline{催化剂}}{△}$4NO+6H₂O；2NO+O₂=2NO₂；
（2）由制备流程可知，碳酸钠溶解后，碱吸收发生Na₂CO₃+NO+NO₂═2NaNO₂+CO₂、3NO₂+H₂O=HNO₃+NO、Na₂CO₃+2HNO₃=NaNO₃+H₂O+CO₂↑，所以中和液所含溶质除NaNO₂及少量Na₂CO₃外，还有NaNO₃，
故答案为：NaNO₃；
（3）中和液进行蒸发Ⅰ操作时，应控制水的蒸发量，避免浓度过大，目的是防止NaNO₂的析出，蒸发Ⅰ产生的蒸汽中含有少量的NaNO₂等有毒物质，不能直接排放，将其冷凝后用于流程中的溶碱，循环利用，提高利用率，
故答案为：防止NaNO₂的析出；溶碱；
（4）由上述分析可知，结晶过滤分离出NaNO₃，母液I中主要含NaNO₂，母液Ⅱ需回收利用，可转入转化液或转入结晶Ⅱ操作，提高其利用率，
故答案为：过滤；cd；
（5）生产1.38吨NaNO₂时，n（NaNO₂）=$\frac{1.38×1{0}^{6}g}{69g/mol}$=2×10⁴mol，NaNO₂、NaNO₃两种产品的物质的量之比为2：1，则n（NaNO₃）=1×10⁴mol，由Na原子守恒可知，2n（Na₂CO₃）=n（NaNO₂）+n（NaNO₃），m（Na₂CO₃）=（2×10⁴mol+1×10⁴mol）×$\frac{1}{2}$×106g/mol=1.59×10⁶g=1.59t，
故答案为：1.59．

点评 本题考查工业制备NaNO₂、NaNO₃，涉及物质的制备流程及混合物分离提纯综合应用，把握流程中的反应、分离方法为解答的关键，注意工业生产与环境保护、原料利用率等，侧重分析与应用能力的综合考查，题目难度中等．