Question

17．工業生產硝酸的尾氣中含有氮氧化物NOx（NO和NO₂的混合物，假設不含N₂O₄），對生態環境和人類健康帶來較大的威脅．
（1）工業上可用氨催化吸收法處理NOx，反應原理如下：
4xNH₃+6NOx $\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$（2x+3）N₂+6xH₂O
某化學興趣小組模擬該處理過程的實驗裝置如下：

①裝置A中發生反應的化學方程式為2NH₄Cl+Ca（OH）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CaCl₂+2NH₃↑+2H₂O．
②裝置C的作用是使NH₃和NO混合均勻并控制氣體流速．
③裝置F的作用是吸收末反應的NH₃防止污染空氣．
（2）工業上也常用Na₂CO₃溶液吸收法處理NOx．
已知：NO不能與Na₂CO₃溶液反應，．
NO+NO₂+Na₂CO₃=2NaNO₂+CO₂      （I）
2NO₂+Na₂CO₃=NaNO₂+NaNO₃+CO₂     （II）
①當NOx被Na₂CO₃溶液完全吸收時，x的值不可能是A（填字母）．
A．1.3       B．1.6      C．1.8
②將1mol NOx  通入Na₂CO₃溶液中，被完全吸收時，溶液中生成的NO₃ˉ、NO₂ˉ兩種離子的物質的量隨x變化關系如圖所示：

圖中線段a表示NO₂^-離子隨x值變化的關系；若用溶質質量分數為21.2%的 Na₂CO₃溶液吸收，則需要Na₂CO₃溶液至少250g．
③用足量的Na₂CO₃溶液完全吸收NOx，每產生22.4L（標準狀況）CO₂（全部逸出）時，吸收液質量就增加44g，則NOx中的x值為1.875．
（3）氨催化吸收法和Na₂CO₃溶液吸收法處理NOx尾氣共同的優點是將有毒氣體轉化為無毒物質，防止有毒氣體的污染．

Answer 1

分析 （1）①在加熱條件下，氯化銨和氫氧化鈣反應生成氯化鈣、氨氣和水；
②裝置C中的濃氨水可以使氣體均勻混合，可以控制氣體流速；
③裝置F中的濃硫酸吸收未反應的氨氣；
（2）①當NO_x被Na₂CO₃溶液完全吸收時，則n（NO₂）≥n（NO）；
②利用極限法和守恒法來分析解答；
③利用差量法計算NO、NO₂的物質的量，再根據平均摩爾質量法計算x值；
（3）氮氧化物有毒，對環境有污染．

解答 解：（1）①在加熱條件下，氯化銨和氫氧化鈣反應生成氯化鈣、氨氣和水，2NH₄Cl+Ca（OH）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CaCl₂+2NH₃↑+2H₂O，
故答案為：2NH₄Cl+Ca（OH）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CaCl₂+2NH₃↑+2H₂O；
②裝置C中的濃氨水可以使氣體均勻混合，可以控制氣體流速，裝置C的作用是使NH₃和NO混合均勻并控制氣體流速，
故答案為：使NH₃和NO混合均勻并控制氣體流速；
③裝置F中的濃硫酸吸收未反應的氨氣，防止多余的氨氣排放到空氣中污染大氣，
故答案為：吸收末反應的NH₃防止污染空氣；
（2）①當NO_x被Na₂CO₃溶液完全吸收時，則n（NO₂）≥n（NO），當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1.3，
故答案為：A；
②用極限法：若x=1.5氣體應為NO和NO₂混合物，物質的量比為1：1，按Ⅰ式反應，沒有NO₃^-，線a應該表示NO₂^-；
用守恒法：反應生成的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，質量為53g，計算得碳酸鈉溶液的質量為250g，
故答案為：NO₂^-；250；
③設由NO₂和純堿反應產生CO₂為amol，
由NO和NO₂與純堿反應產生的CO₂為bmol，
2NO₂+Na₂CO₃=NaNO₂+NaNO₃+CO₂ 質量增加
1mol△m=48g
amol 48ag
NO+NO₂+Na₂CO₃=2NaNO₂+CO₂ 質量增加
1mol△m=32g
bmol                                                   32bg
a+b=1
48a+32b=44
解得a=0.75mol
b=0.25mol
n（NO₂）=0.75mol×2+0.25mol=1.75mol
n（NO）=0.25mol
x=$\frac{0.25mol×1+1.75mol×2}{0.25mol+1.75mol}$=1.875，
故答案為：1.875；
（3）氮氧化物有毒，對環境有污染，用純堿吸收氮氧化物能將有毒氣體轉化為無毒物質，防止有毒氣體的污染，
故答案為：將有毒氣體轉化為無毒物質，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間的反應，明確物質的性質是解本題關鍵，難點是（2）題的計算，要結合方程式中各個物理量之間的關系式解答，會根據題給信息計算x值，難度中等．