Question

15．硝酸工业尾气中氮氧化物（NO与NO₂）是主要的大气污染物之一，可用氨氧混合气进行选择性催化还原处理．其主要反应原理如下：
4NO+4NH₃+O₂$→_{140℃}^{催化剂}$4N₂+6H₂O   6NO₂+8NH₃$→_{140℃}^{催化剂}$7N₂+12H₂O
某硝酸厂排放的尾气中氮氧化合物的含量为2490mg/m³（体积已折算至标准状况），其中NO与NO₂物质的量比为4：1．设尾气中氮氧化物与氨氧混合气恰好完全反应．
（1）尾气中氮氧化合物的平均相对分子质量为19.37．
（2）尾气中NO的含量为1800mg/m³．
（3）要处理5m³的尾气，需要氨氧混合气的体积为10.64L．
另一种处理氮氧化物的方法是用烧碱进行吸收，产物为NaNO₂、NaNO₃和H₂O．现有含0.5mol氮氧化物的尾气，恰好被一定体积的25% NaOH溶液（密度1.28g/cm³）完全吸收．
（4）NaOH溶液的物质的量浓度为8mol/L，体积为62.5mL．
（5）已知反应后溶液中含有0.35mol NaNO₂．若将尾气中NO与NO₂的平均组成记为NO_x，通过计算求x．

Answer 1

分析 （1）先根据尾气中二氧化氮和一氧化氮的关系计算二氧化氮、一氧化氮的物质的量，再根据方程式计算氨气和氧气的物质的量，最后根据M=$\frac{m}{n}$计算其平均相对分子质量；
（2）根据m=nM计算；       
（3）根据V=nV_m计算需要氨氧混合气体的体积；
（4）c=$\frac{1000ρω}{M}$，根据原子守恒知，氮氧化物的物质的量等于氢氧化钠的物质的量，再根据V=$\frac{n}{c}$ 计算；
（5）根据方程式2NO₂+2NaOH=NaNO₂+NaNO₃+H₂O和NO+NO₂+2NaOH=2NaNO₂+H₂O中氮原子守恒计算NO和NO2的物质的量分别是多少，根据氧原子守恒解答．

解答 解：（1）设1m³尾气中NO₂的物质的量为x，则NO的物质的量为4x，4xmol×30g/mol+46xg=2.49g，x=0.015mol，所以1m³尾气中NO₂的物质的量为0.015mol，则NO的物质的量为0.06mol，
根据4NO+4NH₃+O₂$→_{140℃}^{催化剂}$4N₂+6H₂O知，0.06molNO需要0.06molNH₃，0.015molO₂，根据方程式6NO₂+8NH₃$→_{140℃}^{催化剂}$7N₂+12H₂O知，0.015molNO₂需要0.02molNH₃，所以氨氧混合气体的平均摩尔质量：$\frac{（0.06+0.02）mol×17g/mol+0.015mol×32g/mol}{（0.06mol+0.015mol+0.02mol）}$=19.37g/mol，所以其相对分子质量为19.37，
故答案为：19.37；
（2）1m³尾气中NO的物质的量为0.06mol，所以其m=nM=0.06mol×30g/mol=1800mg，
故答案为：1800；
（3）处理1m³尾气需要氨氧混合物的体积=（0.06+0.02+0.015）mol×22.4L/mol=2.128L，则要处理5m³的尾气，需要氨氧混合气的体积为=2.128L×5=10.64L，故答案为：10.64；
（4）c=$\frac{1000ρω}{M}$=$\frac{1000×1.28×25%}{40}$，根据原子守恒知，氮氧化物的物质的量等于氢氧化钠的物质的量，所以V=$\frac{n}{c}$=$\frac{0.5mol}{8mol/L}$=62.5mL，
故答案为：8；62.5； 
（5）2NO₂+2NaOH=NaNO₂+NaNO₃+H₂O和NO+NO₂+2NaOH=2NaNO₂+H₂O，根据氮原子守恒知，生成0.35mol亚硝酸钠则生成0.15mol硝酸钠，生成0.15mol硝酸钠需要0.3mol二氧化氮，同时生成0.15mol亚硝酸钠，0.2mol亚硝酸钠需要0.1mol一氧化氮，所以二氧化氮的物质的量是0.4mol，根据氧原子守恒得x=$\frac{0.1×1+0.4×2}{0.5}$=1.8，
故：平均组成NO_x中x=1.8．

点评 本题考查含氮物质的有关计算，题目难度中等，根据原子守恒、质量守恒结合方程式来分析解答，试题计算量较大，充分考查了学生的分析能力及化学计算能力．