Question

15．硝酸工業尾氣中氮氧化物（NO與NO₂）是主要的大氣污染物之一，可用氨氧混合氣進行選擇性催化還原處理．其主要反應原理如下：
4NO+4NH₃+O₂$→_{140℃}^{催化劑}$4N₂+6H₂O   6NO₂+8NH₃$→_{140℃}^{催化劑}$7N₂+12H₂O
某硝酸廠排放的尾氣中氮氧化合物的含量為2490mg/m³（體積已折算至標準狀況），其中NO與NO₂物質的量比為4：1．設尾氣中氮氧化物與氨氧混合氣恰好完全反應．
（1）尾氣中氮氧化合物的平均相對分子質量為19.37．
（2）尾氣中NO的含量為1800mg/m³．
（3）要處理5m³的尾氣，需要氨氧混合氣的體積為10.64L．
另一種處理氮氧化物的方法是用燒堿進行吸收，產物為NaNO₂、NaNO₃和H₂O．現有含0.5mol氮氧化物的尾氣，恰好被一定體積的25% NaOH溶液（密度1.28g/cm³）完全吸收．
（4）NaOH溶液的物質的量濃度為8mol/L，體積為62.5mL．
（5）已知反應后溶液中含有0.35mol NaNO₂．若將尾氣中NO與NO₂的平均組成記為NO_x，通過計算求x．

Answer 1

分析 （1）先根據尾氣中二氧化氮和一氧化氮的關系計算二氧化氮、一氧化氮的物質的量，再根據方程式計算氨氣和氧氣的物質的量，最后根據M=$\frac{m}{n}$計算其平均相對分子質量；
（2）根據m=nM計算；       
（3）根據V=nV_m計算需要氨氧混合氣體的體積；
（4）c=$\frac{1000ρω}{M}$，根據原子守恒知，氮氧化物的物質的量等于氫氧化鈉的物質的量，再根據V=$\frac{n}{c}$ 計算；
（5）根據方程式2NO₂+2NaOH=NaNO₂+NaNO₃+H₂O和NO+NO₂+2NaOH=2NaNO₂+H₂O中氮原子守恒計算NO和NO2的物質的量分別是多少，根據氧原子守恒解答．

解答 解：（1）設1m³尾氣中NO₂的物質的量為x，則NO的物質的量為4x，4xmol×30g/mol+46xg=2.49g，x=0.015mol，所以1m³尾氣中NO₂的物質的量為0.015mol，則NO的物質的量為0.06mol，
根據4NO+4NH₃+O₂$→_{140℃}^{催化劑}$4N₂+6H₂O知，0.06molNO需要0.06molNH₃，0.015molO₂，根據方程式6NO₂+8NH₃$→_{140℃}^{催化劑}$7N₂+12H₂O知，0.015molNO₂需要0.02molNH₃，所以氨氧混合氣體的平均摩爾質量：$\frac{（0.06+0.02）mol×17g/mol+0.015mol×32g/mol}{（0.06mol+0.015mol+0.02mol）}$=19.37g/mol，所以其相對分子質量為19.37，
故答案為：19.37；
（2）1m³尾氣中NO的物質的量為0.06mol，所以其m=nM=0.06mol×30g/mol=1800mg，
故答案為：1800；
（3）處理1m³尾氣需要氨氧混合物的體積=（0.06+0.02+0.015）mol×22.4L/mol=2.128L，則要處理5m³的尾氣，需要氨氧混合氣的體積為=2.128L×5=10.64L，故答案為：10.64；
（4）c=$\frac{1000ρω}{M}$=$\frac{1000×1.28×25%}{40}$，根據原子守恒知，氮氧化物的物質的量等于氫氧化鈉的物質的量，所以V=$\frac{n}{c}$=$\frac{0.5mol}{8mol/L}$=62.5mL，
故答案為：8；62.5； 
（5）2NO₂+2NaOH=NaNO₂+NaNO₃+H₂O和NO+NO₂+2NaOH=2NaNO₂+H₂O，根據氮原子守恒知，生成0.35mol亞硝酸鈉則生成0.15mol硝酸鈉，生成0.15mol硝酸鈉需要0.3mol二氧化氮，同時生成0.15mol亞硝酸鈉，0.2mol亞硝酸鈉需要0.1mol一氧化氮，所以二氧化氮的物質的量是0.4mol，根據氧原子守恒得x=$\frac{0.1×1+0.4×2}{0.5}$=1.8，
故：平均組成NO_x中x=1.8．

點評 本題考查含氮物質的有關計算，題目難度中等，根據原子守恒、質量守恒結合方程式來分析解答，試題計算量較大，充分考查了學生的分析能力及化學計算能力．