Question

13．防治環境污染是當前環保工作的重要研究內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污染的化學方程式為：CH₄+4NO→2N₂+CO₂+2H₂O；CH₄+2NO₂→N₂+CO₂+2H₂O
現有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的物質的量分別為0.3 mol、0.2 mol．（體積都已換算為標準狀況）
（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轉變為N₂，同時ZnFe₂O_y轉變為ZnFe₂O₄．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化學式的氧化物形式為aZnO•bFeO•cFe₂O₃．已知1mol ZnFe₂O_z最多能使4.0L（標況）NO_1.4轉化為N₂．則上述氧化物形式的化學式可具體表示為4ZnO•2FeO•3Fe₂O₃．
（4）低溫臭氧氧化脫硫脫硝技術可以同時吸收煙氣中的氮氧化物和二氧化硫，反應原理是將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‰（體積分數），壓縮空氣經臭氧發生器變成臭氧空氣，其中O₃濃度為90L/m³，臭氧空氣與加濕氨氣和煙氣混合反應．若$\frac{V（臭氧空氣）}{V（煙氣）}$流量比為y，請通過計算列出y與x的關系式．

Answer 1

分析 （1）根據S元素守恒n（CaSO₄•2H₂O）=n（SO₂），再根據m=nM計算石膏的質量；
（2）令混合氣體中NO₂、NO的物質的量分別為xmol、ymol，結合混合氣體的體積及消耗的氧氣的體積列方程計算；
（3）①依據氧化還原反應的電子守恒計算ZnFe₂O_y中Fe元素化合價，再根據化合物中的元素化合價代數為0計算y的值；
②依據氧化還原反應的電子守恒計算ZnFe₂O_z中Fe元素化合價，根據化合價確定+2Fe與+3價Fe的原子數目之比，據此書寫氧化物氧化物形式的化學式；
再根據化合物中的元素化合價代數為0計算z的值，據此改寫；
（4）由反應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時有如下關系：2NO_x+（5-2x）O₃+H₂O→2HNO₃+（5-2x）O₂，設煙氣為1m³，其中NOx為4.5L，SO₂為9L，則V（O₃）=90y，由反應④可知，與SO₂反應的O₃為9L，故與NO_x反應的O₃為（90y-9）L為，再根據上述方程式計算．

解答 解：（1）根據S元素守恒n（CaSO₄•2H₂O）=n（SO₂）=1.5mol，故石膏的質量為1.5mol×172g/mol=258g，
故答案為：258；
（2）11.2L NO₂、NO的混合氣體的物質的量為$\frac{11.2L}{22.4L/mol}$=0.5L，4.48L的CH₄的物質的量為$\frac{4.48L}{22.4L/mol}$=0.2mol，令混合氣體中NO₂、NO的物質的量分別為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中鐵元素的化合價為a，根據電子轉移守恒，可知2mol×2×（3-a）=0.5mol×2×4，解得a=2，化合價代數和為0，則2+2×2=2y，解得y=3，
故答案為：3；
②1molZnFe₂O_z最多能使4.0L（標況）NO_1.4轉化為N₂，則ZnFe₂O_z被還原為ZnFe₂O₄，令ZnFe₂O_z中鐵元素的化合價為b，根據電子轉移守恒，可知1mol×2×（3-b）=$\frac{4L}{22.4L/mol}$×2.8，解得b=2.75，令+2Fe與+3價Fe的原子數目之比為m：n，根據平均化合價，則2m+3n=2.75m+2.75n，整理得m：n=1：3，氧化物化學式為aZnO•2FeO•3Fe₂O₃，化學式中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時有如下關系：2NO_x+（5-2x）O₃+H₂O→2HNO₃+（5-2x）O₂，設煙氣為1m³，其中NOx為4.5L，SO₂為9L，則V（O₃）=90y，由反應④可知，與SO₂反應的O₃為9L，故與NO_x反應的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的關系式為y=0.225-0.05x．

點評 本題以消除NO_x污染治理為載體，考查混合物有關計算、氧化還原反應計算、根據方程式的計算等，題目計算量較大，數據繁瑣，是對學生心理素質的考驗，難度較大，為易錯題．