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【题目】工业制硝酸的关键是氨的催化氧化,与硝酸工业相关的过程中产生的氮氧化物NOx(NO和NO2的混合物,假设不含N2O4)的处理与应用也是科学研究的热点。

⑴工业上可用氨催化吸收法处理NOx,反应原理为4xNH3+6NOx(2x+3)N2+6xH2O。某化学兴趣小组模拟该处理过程的实验装置如图所示:

①装置A中发生反应的化学方程式为________。

②装置D中碱石灰的作用是________。

⑵工业上也常用Na2CO3溶液吸收法处理NOx(已知:NO不能与Na2CO3溶液反应)。NO+NO2+ Na2CO3 = 2 NaNO2+ CO2;

2NO2+ Na2CO3 = NaNO2+ NaNO3+ CO2。

①当NOx被Na2CO3溶液完全吸收时,x的值不可能是________填选项字母。

A.1.4 B.1.6 C.1.8

②将1 mol NOx通入Na2CO3溶液中,被完全吸收时,溶液中生成的NO3-、NO2-两种离子的物质的量随x变化关系如图所示:

图中线段a表示________填化学式随x值的变化关系;若用溶质质量分数为21.2%的Na2CO3溶液吸收,则需要Na2CO3溶液至少________g。

用足量的Na2CO3溶液完全吸收NOx,每产生22.4 L(标准状况)CO2(全部逸出)时,吸收液质量就增加44g,则NOx中的________。

⑶氨催化吸收法和Na2CO3溶液吸收法处理NOx尾气的意义是________。

⑷尿素也可用于吸收处理NOx,其反应原理为NO+NO2+ H2O = 2HNO2、2HNO2+CO(NH2)2 = 3H2O + CO2↑+ 2N2↑。当混合气体中NO、NO2按上述反应中系数比时吸收效果最佳。若混合气体中V(NO):V(NO2)=5:1时,可通入一定量的空气,同温同压下,V(空气):V(NO)= ________ (空气中O2的体积含量约为20%)。

【答案】2NH4Cl+Ca(OH)2CaCl2 + 2NH3↑ +2H2O 除去气体中含有的水蒸气 A NO2- 250 1.875 将有毒气体转化为无毒物质,防止有毒气体的污染 :1

【解析】

⑴①A中氯化铵与氢氧化钙在加热条件下反应生成氨气、氯化钙和水得到方程式。

②碱石灰为碱性干燥剂,可以干燥碱性气体和中性气体。

⑵①由方程式可知,NO单独不能被吸收,NO和NO2混合气体被NaOH溶液被完全吸收,满足n(NO2):n(NO)≥1,再进行计算最小值。

②根据极限法计算,NO和NO2物质的量比为1:1,只生成NO2-,再根据守恒法进行计算。

③先设未知数根据方程式进行计算,得到氮的物质的量和氧的物质的量,再计算NOx。

⑶氮氧化物有毒,因此用纯碱吸收氮氧化物能将有毒气体转化为无毒物质。

⑷若混合气体中V(NO):V(NO2)=5:1时,假设NO为5mol,NO2为1mol,为使气体被完全吸收,应满足NO为3mol,NO2为3mol,根据方程式要将NO转化为NO2,需要的氧气,再转化为空气。

⑴①A中氯化铵与氢氧化钙在加热条件下反应生成氨气、氯化钙和水,方程式为:2NH4Cl+Ca(OH)2CaCl2 + 2NH3↑ +2H2O;故答案为:2NH4Cl+Ca(OH)2CaCl2 + 2NH3↑ +2H2O。

②碱石灰为碱性干燥剂,氨气为碱性气体,所以可以用碱石灰干燥氨气;故答案为:除去气体中含有的水蒸气。

⑵①由方程式可知,NO单独不能被吸收,NO和NO2混合气体被NaOH溶液被完全吸收,满足n(NO2):n(NO)≥1,当n(NO2):n(NO)=1时x值最小,x最小值为,因为混有NO,所以x最大值,故x的取值范围为1.5≤x<2,所以x的值不可能是1.3;故答案为:A。

②用极限法:若x=1.5气体应为NO和NO2混合物,物质的量比为1:1,按NO+NO2+ Na2CO3 = 2 NaNO2+ CO2反应,没有NO3-,线a应该表示NO2-,由守恒法可知:反应生成的NaNO3和NaNO2中氮元素与钠元素之比为1:1,所以1molNOx被完全吸收至少需碳酸钠0.5mol,质量为53g,所以碳酸钠溶液的质量为,故答案为:NO2-;250。

③设由NO2和纯碱反应产生CO2为amol,

由NO和NO2与纯碱反应产生的CO2为bmol,

2NO2+ Na2CO3 = NaNO2+ NaNO3+ CO2 质量增加Δm=48g

1mol 48g

Amol 48ag

NO+NO2+ Na2CO3 = 2 NaNO2+ CO2 质量增加Δm=32g

1mol 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,

,故答案为:1.875。

⑶氮氧化物有毒,对环境有污染,用纯碱吸收氮氧化物能将有毒气体转化为无毒物质,防止有毒气体的污染,故答案为:将有毒气体转化为无毒物质,防止有毒气体的污染。

⑷若混合气体中V(NO):V(NO2)=5:1时,可设NO为5mol,NO2为1mol,为使气体被完全吸收,应满足NO为3mol,NO2为3mol,则需反应2molNO生成NO2,由方程式2NO +O2 =2NO可知,需要1mol O2,又空气中氧气的体积含量约为20%,则需要5mol空气,所以V(空气):V(NO)=5:5=1:1,故答案为:1:1。

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