Question

13．防治環(huán)境污染是當(dāng)前環(huán)保工作的重要研究內(nèi)容之一．二氧化硫和氮氧化物是大氣的主要污染物．
（1）將1.5mol SO₂用氫氧化鈉溶液、石灰及氧氣處理后，假設(shè)硫元素不損失，理論上可得到258g石膏（CaSO₄•2H₂O）．
（2）用CH₄消除NO_x污染的化學(xué)方程式為：CH₄+4NO→2N₂+CO₂+2H₂O；CH₄+2NO₂→N₂+CO₂+2H₂O
現(xiàn)有11.2L NO₂、NO的混合氣體NO_x，將其還原為N₂，需要4.48L 的CH₄，則混合氣體中NO₂、NO的物質(zhì)的量分別為0.3 mol、0.2 mol．（體積都已換算為標(biāo)準(zhǔn)狀況）
（3）①常溫下用氧缺位鐵酸鋅ZnFe₂O_y可以消除NO_x污染，使NO_x轉(zhuǎn)變?yōu)镹₂，同時(shí)ZnFe₂O_y轉(zhuǎn)變?yōu)閆nFe₂O₄．若2mol ZnFe₂O_y與足量NO₂可生成0.5mol N₂，則y=3．
②氧缺位鐵酸鋅ZnFe₂O_z化學(xué)式的氧化物形式為aZnO•bFeO•cFe₂O₃．已知1mol ZnFe₂O_z最多能使4.0L（標(biāo)況）NO_1.4轉(zhuǎn)化為N₂．則上述氧化物形式的化學(xué)式可具體表示為4ZnO•2FeO•3Fe₂O₃．
（4）低溫臭氧氧化脫硫脫硝技術(shù)可以同時(shí)吸收煙氣中的氮氧化物和二氧化硫，反應(yīng)原理是將NO_x氧化成N₂O₅，通過洗滌形成硝酸鹽，二氧化硫形成硫酸鹽．其主要反應(yīng)如下：
①NO+O₃→NO₂+O₂
②2NO₂+O₃→N₂O₅+O₂
③N₂O₅+2NH₃+H₂O→2NH₄NO₃
④SO₂+O₃+2NH₃+H₂O→（NH₄）₂SO₄+O₂
某熱電廠煙氣中平均含NO_x4.5‰、SO₂ 9.0‰（體積分?jǐn)?shù)），壓縮空氣經(jīng)臭氧發(fā)生器變成臭氧空氣，其中O₃濃度為90L/m³，臭氧空氣與加濕氨氣和煙氣混合反應(yīng)．若$\frac{V（臭氧空氣）}{V（煙氣）}$流量比為y，請(qǐng)通過計(jì)算列出y與x的關(guān)系式．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)S元素守恒n（CaSO₄•2H₂O）=n（SO₂），再根據(jù)m=nM計(jì)算石膏的質(zhì)量；
（2）令混合氣體中NO₂、NO的物質(zhì)的量分別為xmol、ymol，結(jié)合混合氣體的體積及消耗的氧氣的體積列方程計(jì)算；
（3）①依據(jù)氧化還原反應(yīng)的電子守恒計(jì)算ZnFe₂O_y中Fe元素化合價(jià)，再根據(jù)化合物中的元素化合價(jià)代數(shù)為0計(jì)算y的值；
②依據(jù)氧化還原反應(yīng)的電子守恒計(jì)算ZnFe₂O_z中Fe元素化合價(jià)，根據(jù)化合價(jià)確定+2Fe與+3價(jià)Fe的原子數(shù)目之比，據(jù)此書寫氧化物氧化物形式的化學(xué)式；
再根據(jù)化合物中的元素化合價(jià)代數(shù)為0計(jì)算z的值，據(jù)此改寫；
（4）由反應(yīng)①②可知，O₃在氧化過程中都生成O₂，則NO_x與O₃在水蒸氣存在下反應(yīng)時(shí)有如下關(guān)系：2NO_x+（5-2x）O₃+H₂O→2HNO₃+（5-2x）O₂，設(shè)煙氣為1m³，其中NOx為4.5L，SO₂為9L，則V（O₃）=90y，由反應(yīng)④可知，與SO₂反應(yīng)的O₃為9L，故與NO_x反應(yīng)的O₃為（90y-9）L為，再根據(jù)上述方程式計(jì)算．

解答 解：（1）根據(jù)S元素守恒n（CaSO₄•2H₂O）=n（SO₂）=1.5mol，故石膏的質(zhì)量為1.5mol×172g/mol=258g，
故答案為：258；
（2）11.2L NO₂、NO的混合氣體的物質(zhì)的量為$\frac{11.2L}{22.4L/mol}$=0.5L，4.48L的CH₄的物質(zhì)的量為$\frac{4.48L}{22.4L/mol}$=0.2mol，令混合氣體中NO₂、NO的物質(zhì)的量分別為xmol、ymol，則：$\left\{\begin{array}{l}{x+y=0.5\\;\\;}\\{\frac{1}{2}x+\frac{1}{4}y=0.2}\end{array}\right.$解得：x=0.3，y=0.2，
故答案為：0.3 mol、0.2 mol；
（3）①2mol ZnFe₂O_y與足量NO₂可生成0.5mol N₂，則ZnFe₂O_y被還原為ZnFe₂O₄，令ZnFe₂O_y中鐵元素的化合價(jià)為a，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒，可知2mol×2×（3-a）=0.5mol×2×4，解得a=2，化合價(jià)代數(shù)和為0，則2+2×2=2y，解得y=3，
故答案為：3；
②1molZnFe₂O_z最多能使4.0L（標(biāo)況）NO_1.4轉(zhuǎn)化為N₂，則ZnFe₂O_z被還原為ZnFe₂O₄，令ZnFe₂O_z中鐵元素的化合價(jià)為b，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒，可知1mol×2×（3-b）=$\frac{4L}{22.4L/mol}$×2.8，解得b=2.75，令+2Fe與+3價(jià)Fe的原子數(shù)目之比為m：n，根據(jù)平均化合價(jià)，則2m+3n=2.75m+2.75n，整理得m：n=1：3，氧化物化學(xué)式為aZnO•2FeO•3Fe₂O₃，化學(xué)式中n（Fe）=2n（Zn），故a=4，即氧缺位鐵酸鋅ZnFe₂O_z的氧化物形式為4ZnO•2FeO•3Fe₂O₃，故答案為：4ZnO•2FeO•3Fe₂O₃；
（4）由反應(yīng)①②可知，O₃在氧化過程中都生成O₂，則NO_x與O₃在水蒸氣存在下反應(yīng)時(shí)有如下關(guān)系：2NO_x+（5-2x）O₃+H₂O→2HNO₃+（5-2x）O₂，設(shè)煙氣為1m³，其中NOx為4.5L，SO₂為9L，則V（O₃）=90y，由反應(yīng)④可知，與SO₂反應(yīng)的O₃為9L，故與NO_x反應(yīng)的O₃為（90y-9）L為，則：
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與x的關(guān)系式為y=0.225-0.05x．

點(diǎn)評(píng) 本題以消除NO_x污染治理為載體，考查混合物有關(guān)計(jì)算、氧化還原反應(yīng)計(jì)算、根據(jù)方程式的計(jì)算等，題目計(jì)算量較大，數(shù)據(jù)繁瑣，是對(duì)學(xué)生心理素質(zhì)的考驗(yàn)，難度較大，為易錯(cuò)題．