Question

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

已知：Na₂CO₃+NO+NO₂═2NaNO₂+CO₂
（1）中和液所含溶质除NaNO₂及少量Na₂CO₃外，还有NaNO₃（填化学式）．
（2）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产生的蒸气中含有少量的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（填操作名称）最合理．
（3）母液Ⅰ进行转化时加入稀HNO₃的目的是将NaNO₂转化为NaNO₃．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
（4）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（假定Na₂CO₃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=2HNO₃+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，应在转化液及结晶中提高利用率，以此解答（1）～（3）；
（4）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：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=2HNO₃+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，应在转化液及结晶中提高利用率，
（1）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，故答案为：NaNO₃；
（2）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；
（3）由上述分析可知，母液Ⅰ进行转化时加入稀HNO₃的目的是将NaNO₂转化为NaNO₃．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：将NaNO₂转化为NaNO₃；cd；
（4）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 本题考查物质的制备流程及混合物分离提纯综合应用，为高考常见题型，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．