Question

18．工業(yè)生產(chǎn)硝酸的尾氣中含有氮氧化物NO_x（NO和NO₂的混合物，假設(shè)不含N₂O₄），對生態(tài)環(huán)境和人類健康帶來較大的威脅．

（1）工業(yè)上可用氨催化吸收法處理NO_x，反應(yīng)原理如下：4xNH₃+6NO_x$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$（2x+3）N₂+6xH₂O
某化學(xué)興趣小組模擬該處理過程的實驗裝置（如圖1）（所有支撐裝置都未畫出、有需要改進(jìn)的地方）：
①裝置A中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為2NH₄Cl+Ca（OH）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CaCl₂+2NH₃↑+2H₂O．
②裝置D中堿石灰的作用是除去氣體中的水蒸氣．
③存在的安全隱患是易發(fā)生倒吸，尾氣含有氮氧化物污染空氣．
（2）工業(yè)上也常用Na₂CO₃溶液吸收法處理NO_x．
已知：NO不能與Na₂CO₃溶液反應(yīng)．
NO+NO₂+Na₂CO₃═2NaNO₂+CO₂（Ⅰ）
2NO₂+Na₂CO₃═NaNO₂+NaNO₃+CO₂（Ⅱ）
①當(dāng)NO_x被Na₂CO₃溶液完全吸收時，x的值不可能是C（填字母）．
A． 1.9          B． 1.7           C． 1.2
②將1mol NO_x通入Na₂CO₃溶液中，被完全吸收時，溶液中生成的NO₃^-、NO₂^-兩種離子的物質(zhì)的量隨x變化關(guān)系如圖2所示：圖中線段b表示NO₃^-隨x值變化的關(guān)系；若用溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為26.5%的 Na₂CO₃溶液吸收，則需要Na₂CO₃溶液至少200g．
③用足量的Na₂CO₃溶液完全吸收NO_x，每產(chǎn)生22.4L（標(biāo)準(zhǔn)狀況）CO₂（全部逸出）時，吸收液質(zhì)量就增加40g，則NO_x中的x值為$\frac{7}{4}$．
（3）氨催化吸收法和Na₂CO₃溶液吸收法處理NO_x尾氣共同的優(yōu)點是：將有毒氣體轉(zhuǎn)化為無毒物質(zhì)，防止有毒氣體的污染．

Answer 1

分析 （1）①氯化銨固體和氫氧化鈣固體在加熱的條件下發(fā)生反應(yīng)生成氨氣；
②氨氣是堿性氣體，可以用堿石灰來干燥；
③濃氨水具有揮發(fā)性，可以產(chǎn)生氨氣，氨氣是極易溶于水的氣體，易和酸反應(yīng)，氮氧化物和酸不反應(yīng)；
（2）①當(dāng)NO_x被Na₂CO₃溶液完全吸收時，則n（NO₂）≥n（NO），據(jù)此來回答；
②利用極限法和守恒法來解決問題即可；
③利用差量法計算NO、NO₂的物質(zhì)的量，再根據(jù)平均摩爾質(zhì)量法計算x值；
（3）氮氧化物有毒，對環(huán)境有污染．

解答 解：（1）①氯化銨固體和氫氧化鈣固體在加熱的條件下發(fā)生反應(yīng)生成氨氣，所以裝置A的反應(yīng)是：2NH₄Cl+Ca（OH）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CaCl₂+2NH₃↑+2H₂O，
故答案為：2NH₄Cl+Ca（OH）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CaCl₂+2NH₃↑+2H₂O；
②氨氣是堿性氣體，可以用堿石灰來干燥，裝置D中堿石灰的作用是除去氣體中的水蒸氣，
故答案為：除去氣體中的水蒸氣；
③A發(fā)生反應(yīng)生成氨氣，C裝置中濃氨水具有揮發(fā)性，可以產(chǎn)生氨氣，氨氣極易溶于水易引發(fā)倒吸，氮氧化物是有毒氣體，裝置不能吸收排放到空氣中污染空氣，
故答案為：易發(fā)生倒吸，尾氣含有氮氧化物污染空氣；
（2）①由方程式可知，NO單獨不能被吸收，NO和NO₂混合氣體被NaOH溶液完全吸收，滿足n（NO₂）：n（NO）≥1，當(dāng)n（NO₂）：n（NO）=1時x值最小，x最小值為$\frac{2+1}{2}$=1.5，因為混有NO，所以x最大值＜2，故x的取值范圍為1.5≤x＜2，所以x的值不可能是1.2，
故答案為：C；
②用極限法：若x=1.5氣體應(yīng)為NO和NO₂混合物，物質(zhì)的量比為1：1，按Ⅰ式反應(yīng)，沒有NO₃^-，線a應(yīng)該表示NO₂^-，所以線b表示NO₃^-，
用守恒法：反應(yīng)生成的NaNO₃和NaNO₂中氮元素與鈉元素之比為1：1，所以1mol NO_x被完全吸收至少需碳酸鈉0.5mol，質(zhì)量為53g，計算得碳酸鈉溶液的質(zhì)量=$\frac{53g}{26.5%}$=200g，
故答案為：NO₃^-；200；
③設(shè)由NO₂和純堿反應(yīng)產(chǎn)生CO₂為amol，
由NO和NO₂與純堿反應(yīng)產(chǎn)生的CO₂為bmol，
 2NO₂+Na₂CO₃=NaNO₂+NaNO₃+CO₂   質(zhì)量增加
                        1mol△m=48g
                        amol    48ag
 NO+NO₂+Na₂CO₃=2NaNO₂+CO₂ 質(zhì)量增加
                     1mol△m=32g
                     bmol     32bg      
a+b=1
48a+32b=40
解得
a=0.5mol
b=0.5mol
n（NO₂）=0.5mol×2+0.25mol=1.5mol
n（NO）=0.5mol
x=$\frac{0.5mol×1+1.5mol×2}{0.5mol+1.5mol}$=$\frac{7}{4}$，
故答案為：$\frac{7}{4}$；
（3）氮氧化物有毒，對環(huán)境有污染，用純堿吸收氮氧化物能將有毒氣體轉(zhuǎn)化為無毒物質(zhì)，防止有毒氣體的污染，
故答案為：將有毒氣體轉(zhuǎn)化為無毒物質(zhì)，防止有毒氣體的污染．

點評 本題以氮氧化物為載體考查了物質(zhì)間的反應(yīng)，明確物質(zhì)的性質(zhì)是解本題關(guān)鍵，難點是（2）題的計算，要結(jié)合方程式中各個物理量之間的關(guān)系式解答，會根據(jù)題給信息計算x值，難度中等．