Question

7．氨氧化法是工業(yè)生產(chǎn)中制取硝酸的主要途徑，最后煙氣中的NO_x通常用碳酸鈉溶液：NO+NO₂+Na₂CO₃→2NaNO₂+CO₂；2NO₂+Na₂CO₃→NaNO₂+NaNO₃+CO₂
閱讀材料，回答下列問(wèn)題：
（1）氨氣和氧氣在催化劑存在下的反應(yīng)方程式為4NH₃+5O₂→4NO+6H₂O．
①5mol NH₃和5molO₂反應(yīng)生成4molNO，過(guò)量的氨溶于產(chǎn)物水中成為氨水，所得氨水的密度為0.75g/ml，則該氨水的物質(zhì)的量濃度為6mol/L．
②如果沒(méi)有催化劑，氨氧化生成NO的同時(shí)也生成氮?dú)猓?NH₃+3O₂→2N₂+6H₂O．若4mol NH₃和4molO₂恰好完全反應(yīng)，則產(chǎn)物氣體中NO的物質(zhì)的量為2 mol．
（2）已知真空管中反應(yīng)2NO₂?N₂O₄，現(xiàn)向一真空管中充入4L標(biāo)況下的NO₂ 氣體：
①若在上述反應(yīng)中有50% NO₂的轉(zhuǎn)化為N₂O₄，所得混合氣的平均摩爾質(zhì)量為61.3g/mol（保留一位小數(shù)）．
②將4LNO₂通過(guò)真空管反應(yīng)后，恢復(fù)到原狀況，得到氣體3L，其中NO₂為2L．
（3）假定產(chǎn)生的煙氣中NO_x是NO和NO₂的混合物（不含N₂O₄），加入硝酸可改變煙氣中NO和NO₂的比，反應(yīng)為：NO+2HNO₃→3NO₂+H₂O，當(dāng)煙氣中n（NO）：n（NO₂）=2：3時(shí)，吸收率最高．1m³煙氣含2107mgNO_x，其中n（NO）：n（NO₂）=9：1．
計(jì)算：①為了達(dá)到最高吸收率，1m³煙氣需用硝酸的物質(zhì)的量（保留3位小數(shù)）．
      ②lm³煙氣達(dá)到最高吸收率90%時(shí)，吸收后生成NaNO₂的質(zhì)量（假設(shè)上述吸收反應(yīng)中，反應(yīng)①比反應(yīng)②迅速．計(jì)算結(jié)果保留1位小數(shù)）．

Answer 1

分析 （1）①根據(jù)方程式計(jì)算參加反應(yīng)的氨氣的物質(zhì)的量、生成的水的物質(zhì)的量，進(jìn)而計(jì)算剩余的氨氣，再根據(jù)m=nM計(jì)算水、剩余氨氣的質(zhì)量，根據(jù)質(zhì)量分?jǐn)?shù)定義計(jì)算計(jì)算出得到的氨水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，最后根據(jù)c=$\frac{1000ρω}{M}$計(jì)算出該氨水的物質(zhì)的量濃度；
②令氣體中NO、N₂的物質(zhì)的量分別為xmol、ymol，根據(jù)氮原子守恒、電子轉(zhuǎn)移守恒列方程計(jì)算
（2）①計(jì)算出消耗二氧化氮的體積，然后結(jié)合反應(yīng)方程式計(jì)算出生成四氧化二氮的體積，相同條件下氣體的物質(zhì)的量之比等于體積之比，然后根據(jù)M=$\frac{m}{n}$計(jì)算出平均摩爾質(zhì)量；
②利用差量法計(jì)算出消耗的二氧化氮的體積，再計(jì)算出反應(yīng)后混合氣體中含有二氧化氮的體積；
（3）①根據(jù)n（NO）：n（NO₂）=9：1，結(jié)合1m³煙氣中含有的二者質(zhì)量計(jì)算煙氣中n（NO）、n（NO₂），令需要加入的硝酸為2x，根據(jù)方程式NO+2HNO₃→3NO₂+H₂O可知，反應(yīng)的n（NO）=x、生成n（NO₂）=3x，利用吸收率最高時(shí)比例關(guān)系列方程計(jì)算；
②發(fā)生反應(yīng)NO+NO₂+Na₂CO₃→2NaNO₂+CO₂、2NO₂+Na₂CO₃→NaNO₂+NaNO₃+CO₂，由方程式可知n（NaNO₂）=2n（NO）+$\frac{1}{2}$[n（NO₂）-n（NO）]，再根據(jù)m=nM計(jì)算，注意吸收率為90%，實(shí)際質(zhì)量為完全吸收的90%．

解答 解：（1）①參加反應(yīng)的氨氣為nmol、生成的水為bmol，則：
4NH₃+5O₂=4NO+6H₂O
4        4     6
nmol    4mol   bmol
所以4：4=nmol：4mol，解得：n=4，
4：6=4mol：bmol，解得：b=6mol，
故剩余氨氣為：5molmol-4mol=1mol，
所得氨水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：$\frac{1mol×17g/mol}{1mol×17g/mol+6mol×18g/mol}$×100%=13.6%，
所得氨水的密度為0.75g/mL，則該氨水的濃度為：c=$\frac{1000×0.75×13.6%}{17}$：=6mol/L，
故答案為：6；
②設(shè)氣體中NO、N₂的物質(zhì)的量分別為xmol、ymol，
根據(jù)氮原子守恒有：x+2y=4
根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒有：5x+6y=4×2×2
聯(lián)立解得：x=2，y=1，
故答案為：2；
（2）①在上述反應(yīng)中有50% NO₂的轉(zhuǎn)化為N₂O₄，根據(jù)反應(yīng)2NO₂?N₂O₄可知，參加反應(yīng)的二氧化氮的體積為4L×50%=2L，則反應(yīng)生成的四氧化二氮的體積為：2L×$\frac{1}{2}$=1L，相同條件下氣體的體積之比等于其物質(zhì)的量之比，則反應(yīng)后二氧化氮與四氧化二氮的物質(zhì)的量之比為2：1，
所以反應(yīng)后混合氣體的平均摩爾質(zhì)量為：$\frac{46×2+92×1}{2+1}$g/mol≈61.3g/mol，
故答案為：61.3；   
②將4LNO₂通過(guò)真空管反應(yīng)后，恢復(fù)到原狀況，得到氣體3L，反應(yīng)過(guò)程中混合氣體總體積減少了1L，設(shè)參加反應(yīng)的二氧化氮的體積為x，
2NO₂?N₂O₄ △V
2           1
x          1L，
x=$\frac{1L×2}{1}$=2L，
所以反應(yīng)后混合氣體中含有的NO₂的體積為：4L-2L=2L，
故答案為：2L；
（3）①由于n（NO）：n（NO₂）=9：1，則30×n（NO）+$\frac{1}{9}$n（NO）×46=2.107，解得n（NO）≈0.06mol，設(shè)需要加入的硝酸為2x，根據(jù)方程式NO+2HNO₃→3NO₂+H₂O可知，反應(yīng)的n（NO）=x、生成n（NO₂）=3x，則（0.06-x）：（$\frac{1}{9}$×0.06+3x）=2：3，解得x=0.0185mol，故n（HNO₃）=2x=0.037mol，
答：為了達(dá)到最高吸收率，1m³煙氣需用硝酸的物質(zhì)的量0.037mol；
②發(fā)生反應(yīng)NO+NO₂+Na₂CO₃→2NaNO₂+CO₂、2NO₂+Na₂CO₃→NaNO₂+NaNO₃+CO₂，由方程式可知n（NaNO₂）=2n（NO）+$\frac{1}{2}$[n（NO₂）-n（NO）]=$\frac{3}{2}$n（NO）+$\frac{1}{2}$n（NO₂）=$\frac{3}{2}$×（0.06mol-0.0185mol）+$\frac{1}{2}$×（$\frac{1}{9}$×0.06mol+3×0.0185mol）=0.0887mol，所以m（NaNO₂）=0.0933mol×69g/mol×90%=5.8g，
答：吸收后生成NaNO₂的質(zhì)量為5.8g．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了混合物反應(yīng)的計(jì)算，題目難度較大，明確發(fā)生反應(yīng)的實(shí)質(zhì)為較大關(guān)鍵，試題知識(shí)點(diǎn)較大、計(jì)算量較大，充分考查了學(xué)生的分析能力及化學(xué)計(jì)算能力．