题目内容

14．NOx是大气污染的主要污染物之一．
（1）硝酸厂常用如下三种方法处理氮氧化物（NO与NO2）尾气
①催化还原法：在催化剂存在时用H2将NO2还原为N2，
②Na2CO3溶液吸收法：用Na2CO3溶液吸收NO2生成CO2，若9.2g NO2和Na2CO3溶液完全反应时转移0.1mol电子，则反应的离子方程式为2NO2+CO32-=NO3-+NO2-+CO2．
③烧碱吸收法：氮氧化物（NO与NO2）用烧碱进行吸收，产物为NaNO2、NaNO3和H2O，现有含0.5mol氮氧化物的尾气，恰好被一定体积的25%NaOH溶液（密度1.28g/cm3）完全吸收．已知反应后溶液中含有0.35mo1NaNO2，若将尾气中NO与NO2的平均组成记为NOx，则x=1.8．
（2）现将一定量的铁和铜的混合物分为等质量的4份，分别加入等浓度不同体积的稀硝酸（假设反应中稀硝酸的还原产物只有NO），产生气体在标准状况下的体积与剩余固体的质量如表：
硝酸体积（mL）100200300400
剩余固体（g）18.09.600
放出气体的体积（mL）2240448067208960mL
①稀硝酸的浓度为4mol•L-1
②计算原混合物中铁和铜的物质的量比为2：1；
③加入400mL稀硝酸，反应完全后，溶液中硝酸根离子的物质的量为1.2mol．

分析 （1）②n（NO2）=$\frac{9.2g}{46g/mol}$=0.2mol，该反应中NO2被还原生成NO3-，0.2molNO2反应转移0.1mol电子，则生成n（NO3-）=$\frac{0.1mol}{5-4}$=0.1mol，则剩余0.1mol二氧化氮被氧化生成其它物质，且转移0.1mol电子，则生成物中N元素化合价为+3价，且生成物在水溶液中，应该是亚硝酸根离子，据此书写离子方程式；
③根据N原子守恒得n（NaNO3）=n（NOx）-n（NaNO2）=0.5mol-0.35mol=0.15mol，
NO、NO2和NaOH溶液反应方程式为2NO2+2NaOH=NaNO2+NaNO3+H2O和NO+NO2+2NaOH=2NaNO2+H2O，生成0.15mol硝酸钠需要0.3molNO2，同时生成0.15mol亚硝酸钠，含有0.2mol的亚硝酸钠是NO和NO2混合与NaOH反应得到的，得到的0.2mol亚硝酸钠需要0.1molNO2、0.1molNO，所以NO、NO2的物质的量分别是0.1mol、0.4mol，再根据O原子守恒计算x值；
（2）①加入100mL硝酸时，金属有剩余，说明金属溶解生成二价离子且硝酸完全反应生成硝酸银和NO，n（NO）=$\frac{2.24L}{22.4L/mol}$=0.1mol，生成NO和消耗硝酸之间的关系式为2NO----8HNO3，据此计算硝酸浓度；
②100-200mL时，溶解金属质量=18.0g-9.6g=8.4g，金属有剩余，说明生成的金属阳离子是二价铁离子，增加n（NO）=$\frac{4.48L-2.24L}{22.4L/mol}$=0.1mol，根据转移电子守恒得n（金属）=$\frac{0.1mol×（5-2）}{2-0}$=0.15mol，金属平均摩尔质量=$\frac{8.4g}{0.15mol}$=56g/mol，所以溶解的是Fe；
200-300mL时，溶解金属质量=9.6g-0=9.6g，增加n（NO）=$\frac{6.72L-4.48L}{22.4L/mol}$=0.1mol，假设溶解的完全是铜，
根据转移电子守恒得n（金属）=$\frac{0.1mol×（5-2）}{2-0}$=0.15mol，金属平均摩尔质量=$\frac{9.6g}{0.15mol}$=64g/mol，所以溶解的完全是Cu，即铁恰好和200mL硝酸完全反应生成硝酸亚铁；
③400mL该稀硝酸中含有硝酸的物质的量为：4mol/L×0.4L=1.6mol，根据反应Fe+4HNO3=Fe（NO3）3+NO↑+2H2O计算出铁完全反应生成硝酸铁消耗硝酸的物质的量，再计算出铜完全反应消耗硝酸的物质的量，根据计算结果判断硝酸过量情况，再计算出溶液中含有的硝酸根离子的物质的量；
根据方程式中金属和NO的关系式计算生成NO体积．

解答 解：（1）②n（NO2）=$\frac{9.2g}{46g/mol}$=0.2mol，该反应中NO2被还原生成NO3-，0.2molNO2反应转移0.1mol电子，则生成n（NO3-）=$\frac{0.1mol}{5-4}$=0.1mol，则剩余0.1mol二氧化氮被氧化生成其它物质，且转移0.1mol电子，则生成物中N元素化合价为+3价，且生成物在水溶液中，应该是亚硝酸根离子，反应的离子方程式为：2NO2+CO32-=NO3-+NO2-+CO2，
故答案为：2NO2+CO32-=NO3-+NO2-+CO2；
③根据N原子守恒得n（NaNO3）=n（NOx）-n（NaNO2）=0.5mol-0.35mol=0.15mol，NO、NO2和NaOH溶液反应方程式为2NO2+2NaOH=NaNO2+NaNO3+H2O和NO+NO2+2NaOH=2NaNO2+H2O，生成0.15mol硝酸钠需要0.3molNO2，同时生成0.15mol亚硝酸钠，含有0.2mol的亚硝酸钠是NO和NO2混合与NaOH反应得到的，得到的0.2mol亚硝酸钠需要0.1molNO2、0.1molNO，所以NO、NO2的物质的量分别是0.1mol、0.4mol，尾气中NO与NO2的平均组成记为NOx，则x=$\frac{0.1mol×1+0.4mol×2}{0.5mol}$=1.8，
故答案为：1.8；
（2）①加入100mL硝酸时，金属有剩余，说明金属溶解生成二价离子且硝酸完全反应生成硝酸银和NO，n（NO）=$\frac{2.24L}{22.4L/mol}$=0.1mol，生成NO和消耗硝酸之间的关系式为2NO----8HNO3，c（HNO3）=$\frac{n}{V}$=$\frac{\frac{0.1mol}{2}×8}{0.1L}$=4mol/L，
故答案为：4；
②100-200mL时，溶解金属质量=18.0g-9.6g=8.4g，金属有剩余，说明生成的金属阳离子是二价铁离子，增加n（NO）=$\frac{4.48L-2.24L}{22.4L/mol}$=0.1mol，根据转移电子守恒得n（金属）=$\frac{0.1mol×（5-2）}{2-0}$=0.15mol，金属平均摩尔质量=$\frac{8.4g}{0.15mol}$=56g/mol，所以溶解的是Fe；
且0-100mL溶解的铁和100-200mL溶解的铁质量相等，所以0-100mL溶解的Fe为8.4g；
200-300mL时，溶解金属质量=9.6g-0=9.6g，增加n（NO）=$\frac{6.72L-4.48L}{22.4L/mol}$=0.1mol，假设溶解的完全是铜，
根据转移电子守恒得n（金属）=$\frac{0.1mol×（5-2）}{2-0}$=0.15mol，金属平均摩尔质量=$\frac{9.6g}{0.15mol}$=64g/mol，所以溶解的完全是Cu，即铁恰好和200mL硝酸完全反应生成硝酸亚铁；
则n（Fe）=$\frac{8.4g+8.4g}{56g/mol}$=0.3mol，n（Fe）：n（Cu）=0.3mol：0.15mol=2：1，故答案为：2：1；
③400mL该稀硝酸中含有硝酸的物质的量为4mol/L×0.4L=1.6mol，根据反应Fe+4HNO3=Fe（NO3）3+NO↑+2H2O可知，0.3mol铁完全反应消耗硝酸的物质的量为0.3mol×4=1.2mol，0.15mol铜完全反应消耗硝酸的物质的量为0.15mol×$\frac{8}{3}$=0.4mol，总共需要消耗1.6mol硝酸，说明加入400mL稀硝酸后恰好反应，硝酸和金属恰好反应生成硝酸铜、硝酸铁，所以溶液中硝酸根离子的物质的量为0.3mol×3+0.15mol×2=1.2mol，
根据方程式3Cu+8HNO3=3Cu（NO3）2+2NO↑+4H2O、Fe+4HNO3=Fe（NO3）3+NO↑+2H2O知，生成n（NO）=n（Fe）+$\frac{2}{3}$n（Cu）=0.3mol+0.1mol=0.4mol，气体体积=0.4mol×22.4L/mol=8960mL，
故答案为：1.2mol；8960mL．

点评 本题考查混合物的计算、离子方程式的书写，侧重考查学生分析计算能力，难点是（2）题计算，明确每一步发生的反应是解本题关键，利用转移电子守恒进行有关计算，注意物质反应先后顺序，题目难度中等．

练习册系列答案
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4．下列判断错误的是（　　）
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2．下列实验事实，不能证明苯分子中的碳碳键不是单、双键交替，而是一种介于碳碳单键与碳碳双键之间的特殊的共价键的是（　　）
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3．实验室里运用下列实验装置进行实验，能达到相应实验目的是（　　）
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