题目内容

17.工业生产硝酸的尾气中含有氮氧化物NOx(NO和NO2的混合物,假设不含N2O4),对生态环境和人类健康带来较大的威胁.
(1)工业上可用氨催化吸收法处理NOx,反应原理如下:
4xNH3+6NOx $\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$(2x+3)N2+6xH2O
某化学兴趣小组模拟该处理过程的实验装置如下:

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C的作用是使NH3和NO混合均匀并控制气体流速.
③装置F的作用是吸收末反应的NH3防止污染空气.
(2)工业上也常用Na2CO3溶液吸收法处理NOx.
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NOx被Na2CO3溶液完全吸收时,x的值不可能是A(填字母).
A.1.3       B.1.6      C.1.8
②将1mol NOx  通入Na2CO3溶液中,被完全吸收时,溶液中生成的NO3ˉ、NO2ˉ两种离子的物质的量随x变化关系如图所示:

图中线段a表示NO2-离子随x值变化的关系;若用溶质质量分数为21.2%的 Na2CO3溶液吸收,则需要Na2CO3溶液至少250g.
③用足量的Na2CO3溶液完全吸收NOx,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NOx中的x值为1.875.
(3)氨催化吸收法和Na2CO3溶液吸收法处理NOx尾气共同的优点是将有毒气体转化为无毒物质,防止有毒气体的污染.

分析 (1)①在加热条件下,氯化铵和氢氧化钙反应生成氯化钙、氨气和水;
②装置C中的浓氨水可以使气体均匀混合,可以控制气体流速;
③装置F中的浓硫酸吸收未反应的氨气;
(2)①当NOx被Na2CO3溶液完全吸收时,则n(NO2)≥n(NO);
②利用极限法和守恒法来分析解答;
③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)氮氧化物有毒,对环境有污染.

解答 解:(1)①在加热条件下,氯化铵和氢氧化钙反应生成氯化钙、氨气和水,2NH4Cl+Ca(OH)2$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CaCl2+2NH3↑+2H2O,
故答案为:2NH4Cl+Ca(OH)2$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CaCl2+2NH3↑+2H2O;
②装置C中的浓氨水可以使气体均匀混合,可以控制气体流速,装置C的作用是使NH3和NO混合均匀并控制气体流速,
故答案为:使NH3和NO混合均匀并控制气体流速;
③装置F中的浓硫酸吸收未反应的氨气,防止多余的氨气排放到空气中污染大气,
故答案为:吸收末反应的NH3防止污染空气;
(2)①当NOx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,
故答案为:A;
②用极限法:若x=1.5气体应为NO和NO2混合物,物质的量比为1:1,按Ⅰ式反应,没有NO3-,线a应该表示NO2-;
用守恒法:反应生成的NaNO3和NaNO2中氮元素与钠元素之比为1:1,所以1mol NOx被完全吸收至少需碳酸钠0.5mol,质量为53g,计算得碳酸钠溶液的质量为250g,
故答案为:NO2-;250;
③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
a+b=1
48a+32b=44
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)氮氧化物有毒,对环境有污染,用纯碱吸收氮氧化物能将有毒气体转化为无毒物质,防止有毒气体的污染,
故答案为:将有毒气体转化为无毒物质,防止有毒气体的污染.

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,要结合方程式中各个物理量之间的关系式解答,会根据题给信息计算x值,难度中等.

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