Question

13．防治环境污染是当前环保工作的重要研究内容之一．二氧化硫和氮氧化物是大气的主要污染物．
（1）将1.5mol SO₂用氢氧化钠溶液、石灰及氧气处理后，假设硫元素不损失，理论上可得到258g石膏（CaSO₄•2H₂O）．
（2）用CH₄消除NO_x污染的化学方程式为：CH₄+4NO→2N₂+CO₂+2H₂O；CH₄+2NO₂→N₂+CO₂+2H₂O
现有11.2L NO₂、NO的混合气体NO_x，将其还原为N₂，需要4.48L 的CH₄，则混合气体中NO₂、NO的物质的量分别为0.3 mol、0.2 mol．（体积都已换算为标准状况）
（3）①常温下用氧缺位铁酸锌ZnFe₂O_y可以消除NO_x污染，使NO_x转变为N₂，同时ZnFe₂O_y转变为ZnFe₂O₄．若2mol ZnFe₂O_y与足量NO₂可生成0.5mol N₂，则y=3．
②氧缺位铁酸锌ZnFe₂O_z化学式的氧化物形式为aZnO•bFeO•cFe₂O₃．已知1mol ZnFe₂O_z最多能使4.0L（标况）NO_1.4转化为N₂．则上述氧化物形式的化学式可具体表示为4ZnO•2FeO•3Fe₂O₃．
（4）低温臭氧氧化脱硫脱硝技术可以同时吸收烟气中的氮氧化物和二氧化硫，反应原理是将NO_x氧化成N₂O₅，通过洗涤形成硝酸盐，二氧化硫形成硫酸盐．其主要反应如下：
①NO+O₃→NO₂+O₂
②2NO₂+O₃→N₂O₅+O₂
③N₂O₅+2NH₃+H₂O→2NH₄NO₃
④SO₂+O₃+2NH₃+H₂O→（NH₄）₂SO₄+O₂
某热电厂烟气中平均含NO_x4.5‰、SO₂ 9.0‰（体积分数），压缩空气经臭氧发生器变成臭氧空气，其中O₃浓度为90L/m³，臭氧空气与加湿氨气和烟气混合反应．若$\frac{V（臭氧空气）}{V（烟气）}$流量比为y，请通过计算列出y与x的关系式．

Answer 1

分析 （1）根据S元素守恒n（CaSO₄•2H₂O）=n（SO₂），再根据m=nM计算石膏的质量；
（2）令混合气体中NO₂、NO的物质的量分别为xmol、ymol，结合混合气体的体积及消耗的氧气的体积列方程计算；
（3）①依据氧化还原反应的电子守恒计算ZnFe₂O_y中Fe元素化合价，再根据化合物中的元素化合价代数为0计算y的值；
②依据氧化还原反应的电子守恒计算ZnFe₂O_z中Fe元素化合价，根据化合价确定+2Fe与+3价Fe的原子数目之比，据此书写氧化物氧化物形式的化学式；
再根据化合物中的元素化合价代数为0计算z的值，据此改写；
（4）由反应①②可知，O₃在氧化过程中都生成O₂，则NO_x与O₃在水蒸气存在下反应时有如下关系：2NO_x+（5-2x）O₃+H₂O→2HNO₃+（5-2x）O₂，设烟气为1m³，其中NOx为4.5L，SO₂为9L，则V（O₃）=90y，由反应④可知，与SO₂反应的O₃为9L，故与NO_x反应的O₃为（90y-9）L为，再根据上述方程式计算．

解答 解：（1）根据S元素守恒n（CaSO₄•2H₂O）=n（SO₂）=1.5mol，故石膏的质量为1.5mol×172g/mol=258g，
故答案为：258；
（2）11.2L NO₂、NO的混合气体的物质的量为$\frac{11.2L}{22.4L/mol}$=0.5L，4.48L的CH₄的物质的量为$\frac{4.48L}{22.4L/mol}$=0.2mol，令混合气体中NO₂、NO的物质的量分别为xmol、ymol，则：$\left\{\begin{array}{l}{x+y=0.5\\;\\;}\\{\frac{1}{2}x+\frac{1}{4}y=0.2}\end{array}\right.$解得：x=0.3，y=0.2，
故答案为：0.3 mol、0.2 mol；
（3）①2mol ZnFe₂O_y与足量NO₂可生成0.5mol N₂，则ZnFe₂O_y被还原为ZnFe₂O₄，令ZnFe₂O_y中铁元素的化合价为a，根据电子转移守恒，可知2mol×2×（3-a）=0.5mol×2×4，解得a=2，化合价代数和为0，则2+2×2=2y，解得y=3，
故答案为：3；
②1molZnFe₂O_z最多能使4.0L（标况）NO_1.4转化为N₂，则ZnFe₂O_z被还原为ZnFe₂O₄，令ZnFe₂O_z中铁元素的化合价为b，根据电子转移守恒，可知1mol×2×（3-b）=$\frac{4L}{22.4L/mol}$×2.8，解得b=2.75，令+2Fe与+3价Fe的原子数目之比为m：n，根据平均化合价，则2m+3n=2.75m+2.75n，整理得m：n=1：3，氧化物化学式为aZnO•2FeO•3Fe₂O₃，化学式中n（Fe）=2n（Zn），故a=4，即氧缺位铁酸锌ZnFe₂O_z的氧化物形式为4ZnO•2FeO•3Fe₂O₃，故答案为：4ZnO•2FeO•3Fe₂O₃；
（4）由反应①②可知，O₃在氧化过程中都生成O₂，则NO_x与O₃在水蒸气存在下反应时有如下关系：2NO_x+（5-2x）O₃+H₂O→2HNO₃+（5-2x）O₂，设烟气为1m³，其中NOx为4.5L，SO₂为9L，则V（O₃）=90y，由反应④可知，与SO₂反应的O₃为9L，故与NO_x反应的O₃为（90y-9）L为，则：
2NO_x～（5-2x）O₃
 2             5-2x
4.5           90y-9
所以有2：4.5=（5-2x）：（90y-9），整理得y=0.225-0.05x
答：y与x的关系式为y=0.225-0.05x．

点评 本题以消除NO_x污染治理为载体，考查混合物有关计算、氧化还原反应计算、根据方程式的计算等，题目计算量较大，数据繁琐，是对学生心理素质的考验，难度较大，为易错题．