Question

17．硝酸在化學工業中有著極其廣泛的應用．
（1）將1.25mol的NO、NO₂、N₂O₄混合物（其中NO的體積分數為0.60）通入水中，在空氣充足的條件下完全反應后可獲得硝酸的物質的量范圍是1.25mol＜n（HNO₃）＜1.75mol．
（2）向稀硝酸中加入18.4mol/L的濃硫酸（98%）作吸水劑并蒸餾得濃硝酸，當其濃度下降到87%（密度1.8g/cm³）以下時，則失去吸水能力．50mL 18.4mol/L的濃硫酸作為吸水劑時，最多可吸水11.63 g．
（3）在65%的HNO₃（質量m₁）中加入72%的Mg（NO₃）₂（質量m₂）后蒸餾，分別得到97.5%的HNO₃和60%的Mg（NO₃）₂溶液（其中不含硝酸）．若蒸餾過程中，硝酸、硝酸鎂均無損耗，H₂O的損耗占總質量的5%，則蒸餾前投料比$\frac{{m}_{1}}{{m}_{2}}$=0.88．
（4）硝酸工業中的尾氣用燒堿進行吸收產物為NaNO₂、NaNO₃和H₂O．現有含0.50mol氮氧化物的尾氣，恰好被一定量的NaOH溶液完全吸收．已知反應后溶液含有0.35molNaNO₂．若將尾氣NO和NO₂的平均組成用NO_x表示，則x=1.8．

Answer 1

分析 （1）計算NO物質的量，再計算NO₂、N₂O₄總物質的量，氣體全部為NO、NO₂時，得到硝酸最少，氣體為NO、N₂O₄時得到硝酸最多，結合N原子守恒計算；
（2）根據c=$\frac{1000ρω}{M}$計算98%濃硫酸密度、87%硫酸的物質的量濃度，再根據稀釋定律計算吸水后硫酸體積，進而吸收水的質量；
（3）根據蒸餾過程中硝酸、硝酸鎂質量不變，表示出蒸餾后97.5%的HNO₃的質量、60%的Mg（NO₃）₂溶液質量，蒸餾后溶液質量之和=原溶液質量之和-損耗水的質量；
（4）根據N原子守恒計算n（NaNO₃），NO、NO₂和NaOH溶液反應方程式為：2NO₂+2NaOH=NaNO₂+NaNO₃+H₂O和NO+NO₂+2NaOH=2NaNO₂+H₂O，結合方程式計算原混合氣體中NO和NO₂的物質的量，再根據氧原子守恒解答．

解答 解：（1）NO的物質的量為1.25mol×0.6=0.75mol，則NO₂、N₂O₄總物質的量為1.25mol-0.75mol=0.5mol，
氣體全部為NO、NO₂時，得到硝酸最少，根據N原子守恒，得到硝酸極小值為1.25mol，
氣體為NO、N₂O₄時得到硝酸最多，根據N原子守恒，得到硝酸極大值為0.75mol+0.5mol×2=1.75mol，
則：1.25mol＜n（HNO₃）＜1.75mol，
故答案為：1.25mol＜n（HNO₃）＜1.75mol；
（2）98%濃硫酸密度為$\frac{18.4×98}{1000×98%}$g/mL=1.84g/mL，
87%（密度1.8g/cm³）的硫酸物質的量濃度為$\frac{1000×1.8×87%}{98}$mol/L，
根據稀釋定律，50mL濃硫酸吸水失去吸水能力后溶液體積為：$\frac{50mL×18.4mol/L}{\frac{1000×1.8×87%}{98}mol/L}$=57.57mL，
則吸收水的質量為：$\frac{50mL×18.4mol/L}{\frac{1000×1.8×87%}{98}mol/L}$×1.8g/mL-50mL×1.84g/mL=11.63g
故答案為：11.63；
（3）蒸餾后得到97.5%的HNO₃的質量為$\frac{{m}_{1}×65%}{97.5%}$，得到60%的Mg（NO₃）₂溶液質量為$\frac{{m}_{2}×72%}{60%}$，損耗水的總質量為（m₁+m₂）×5%，則：
$\frac{{m}_{1}×65%}{97.5%}$+$\frac{{m}_{2}×72%}{60%}$=（m₁+m₂）-（m₁+m₂）×5%
整理可得：$\frac{{m}_{1}}{{m}_{2}}$=0.88
故答案為：0.88；
（4）根據N原子守恒得n（NaNO₃）=n（NO_x）-n（NaNO₂）=0.5mol-0.35mol=0.15mol，
由 2NO₂+2NaOH=NaNO₂+NaNO₃+H₂O，可知生成0.15mol硝酸鈉需要0.3molNO₂，同時生成0.15mol亞硝酸鈉，則反應NO+NO₂+2NaOH=2NaNO₂+H₂O生成的亞硝酸鈉為0.35mol-0.15mol=0.2mol，則該反應中消耗0.1molNO₂、0.1molNO，所以原混合氣體中NO、NO₂的物質的量分別是0.1mol、0.4mol，尾氣中NO與NO₂的平均組成記為NO_x，則x=$\frac{0.1mol×1+0.4mol×2}{0.5mol}$=1.8，
故答案為：1.8．

點評 本題考查混合物有關計算、溶液濃度計算，題目計算量大，屬于易錯題目，有利于培養學生的分析計算能力，注意極限法與守恒法的應用，難度中等．