Question

10．氮氧化物废气是一种毒性很大的黄烟，不经治理通过烟囱排放到大气中，对生态环境和人类健康带来较大的威胁．工业生产硝酸的尾气中含有氮氧化物NO_x（NO和NO₂的混合物，假设不含N₂O₄），常见处理法有：
（1）可用氨催化吸收法处理NO_x，反应原理如下：4xNH₃+6NO_x$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$（2x+3）N₂+6xH₂O
某化学兴趣小组模拟该处理过程的实验装置如图1

①装置A中发生反应的化学方程式为2NH₄Cl+Ca（OH）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CaCl₂+2NH₃↑+2H₂O．
②装置D中碱石灰的作用是除去气体中含有的水蒸气．
（2）用Na₂CO₃溶液吸收法处理NO_x．
已知：NO不能与Na₂CO₃溶液反应．
NO+NO₂+Na₂CO₃═2NaNO₂+CO₂　   （Ⅰ）
2NO₂+Na₂CO₃═NaNO₂+NaNO₃+CO₂　（Ⅱ）
①当NO_x被Na₂CO₃溶液完全吸收时，x的值不可能是D（填字母）．
A．1.9　　　B．1.7　　　C．1.5    D．1.3
②用足量的Na₂CO₃溶液完全吸收NO_x，每产生22.4L（标准状况）CO₂（全部逸出）时，吸收液质量就增加44g，则NO_x中的x值为1.875．
（3）用固体氧化物电解池通过电解方式分解NO_x．当以Pt作电极时，固体氧化物电解池还原NO示意图如图2．
298K时，有关实验数据如下，（化学反应消耗的电能占总电能的80%）

实验序号	B极气体	电路中通过电子	消耗总电能	生成N2
实验1	NO	1mol	a KJ	0.25mol
实验2	NO和空气 （不考虑NO2）	1mol	a KJ	0.09mol

（实验所得数据均为多次平行试验的平均值）
①根据实验组1数据，NO分解的热化学方程式2NO（g）=N₂（g）+O₂（g）△H=+3.2akJ•mol^-1
②实验组2明显比实验组1生成的N₂少，其原因用电极反应式表示为O₂+4e^-=2O^2-或2NO₂+8e^-=4O^2-+N₂．

Answer 1

分析 （1）用A装置制取氨气，B装置制取氮氧化物，C装置中氨气和氮氧化物充分混合均匀，通过D干燥气体，E装置中氮氧化物和氨气在催化剂、加热条件下反应生成氮气，浓硫酸具有酸性和吸水性，能吸收碱性气体和水蒸气；
 ①在加热条件下，氯化铵和氢氧化钙反应生成氨气；
②碱石灰具有吸水性；
（2）①当NO_x被Na₂CO₃溶液完全吸收时，则n（NO₂）≥n（NO）；
②利用差量法计算NO、NO₂的物质的量，再根据平均摩尔质量法计算x值；
（3）①生成0.25mol氮气放出的热量为0.8akJ，则生成1mol氮气放出的热量为3.2kJ，据此书写热化学方程式；
②氧气或二氧化氮分解需要消耗能量．

解答 解：（1）用A装置制取氨气，B装置制取氮氧化物，C装置中氨气和氮氧化物充分混合均匀，通过D干燥气体，E装置中氮氧化物和氨气在催化剂、加热条件下反应生成氮气，浓硫酸具有酸性和吸水性，能吸收碱性气体和水蒸气；
 ①在加热条件下，氯化铵和氢氧化钙反应生成氨气，反应方程式为2NH₄Cl+Ca（OH）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CaCl₂+2NH₃↑+2H₂O，
故答案为：2NH₄Cl+Ca（OH）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CaCl₂+2NH₃↑+2H₂O；
②碱石灰具有吸水性，所以D装置作用是除去气体中含有的水蒸气，故答案为：除去气体中含有的水蒸气；（2）①当NO_x被Na₂CO₃溶液完全吸收时，则n（NO₂）≥n（NO），当n（NO₂）：n（NO）=1时x值最小，x最小值为$\frac{2+1}{2}$=1.5，因为混有NO，所以x最大值＜2，故x的取值范围为1.5≤x＜2，所以x的值不可能是1.3，故选D；
②设由NO₂和纯碱反应产生CO₂为amol，
由NO和NO₂与纯碱反应产生的CO₂为bmol，
 2NO₂+Na₂CO₃=NaNO₂+NaNO₃+CO₂   质量增加
                        1mol△m=48g
                        amol    48ag
 NO+NO₂+Na₂CO₃=2NaNO₂+CO₂ 质量增加
                     1mol△m=32g
                     bmol     32bg，
$\left\{\begin{array}{l}{a+b=1}\\{48a+32b=44}\end{array}\right.$
解得a=0.75mol，b=0.25mol，
n（NO₂）=0.75mol×2+0.25mol=1.75mol
n（NO）=0.25mol
x=$\frac{0.25mol×1+1.75mol×2}{0.25mol+1.75mol}$=1.875，
故答案为：1.875；
（3）①生成0.25mol氮气放出的热量为0.8akJ，则生成1mol氮气放出的热量为3.2kJ，所以其热化学方程式为：2NO（g）=N₂（g）+O₂（g）△H=+3.2akJ/mol，
故答案为：2NO（g）=N₂（g）+O₂（g）△H=+3.2akJ/mol；
②氧气或二氧化氮分解需要消耗能量，导致消耗相同的能量时生成氮气的物质的量较少，电极反应式为：O₂+4e^-=2O ^2-或2NO₂+8e^-=4O^2-+N₂，
故答案为：O₂+4e^-=2O ^2-或2NO₂+8e^-=4O^2-+N₂．

点评 本题以氮氧化物为载体考查了物质间的反应，明确物质的性质是解本题关键，难点是（2）题的计算及（3）题电极反应式的书写，注意原子守恒的灵活运用，题目难度中等．