Question

18．硝酸在化学工业中有着极其广泛的应用．
（1）将1.25mol的NO、NO₂、N₂O₄混合物（其中NO的体积分数为0.60）通入水中，在空气充足的条件下完全反应后可获得硝酸的物质的量范围是1.25mol＜n（HNO₃）＜1.75mol．
（2）向稀硝酸中加入18.4mol/L的浓硫酸（98%）作吸水剂并蒸馏得浓硝酸，当其浓度下降到87%（密度1.8g/cm³）以下时，则失去吸水能力．50mL 18.4mol/L的浓硫酸作为吸水剂时，最多可吸水11.63 g．
（3）在65%的HNO₃（质量m₁）中加入72%的Mg（NO₃）₂（质量m₂）后蒸馏，分别得到97.5%的HNO₃和60%的Mg（NO₃）₂溶液（其中不含硝酸）．若蒸馏过程中，硝酸、硝酸镁均无损耗，H₂O的损耗占总质量的5%，则蒸馏前投料比$\frac{{m}_{1}}{{m}_{2}}$=0.88．
（4）硝酸工业中的尾气用烧碱进行吸收产物为NaNO₂、NaNO₃和H₂O．现有含0.50mol氮氧化物的尾气，恰好被一定量的NaOH溶液完全吸收．已知反应后溶液含有0.35molNaNO₂．若将尾气NO和NO₂的平均组成用NO_x表示，则x=1.8．

Answer 1

分析 （1）计算NO物质的量，再计算NO₂、N₂O₄总物质的量，气体全部为NO、NO₂时，得到硝酸最少，气体为NO、N₂O₄时得到硝酸最多，结合N原子守恒计算；
（2）根据c=$\frac{1000ρω}{M}$计算98%浓硫酸密度、87%硫酸的物质的量浓度，再根据稀释定律计算吸水后硫酸体积，进而吸收水的质量；
（3）根据蒸馏过程中硝酸、硝酸镁质量不变，表示出蒸馏后97.5%的HNO₃的质量、60%的Mg（NO₃）₂溶液质量，蒸馏后溶液质量之和=原溶液质量之和-损耗水的质量；
（4）根据N原子守恒计算n（NaNO₃），NO、NO₂和NaOH溶液反应方程式为：2NO₂+2NaOH=NaNO₂+NaNO₃+H₂O和NO+NO₂+2NaOH=2NaNO₂+H₂O，结合方程式计算原混合气体中NO和NO₂的物质的量，再根据氧原子守恒解答．

解答 解：（1）NO的物质的量为1.25mol×0.6=0.75mol，则NO₂、N₂O₄总物质的量为1.25mol-0.75mol=0.5mol，
气体全部为NO、NO₂时，得到硝酸最少，根据N原子守恒，得到硝酸极小值为1.25mol，
气体为NO、N₂O₄时得到硝酸最多，根据N原子守恒，得到硝酸极大值为0.75mol+0.5mol×2=1.75mol，
则：1.25mol＜n（HNO₃）＜1.75mol，
故答案为：1.25mol＜n（HNO₃）＜1.75mol；
（2）98%浓硫酸密度为$\frac{18.4×98}{1000×98%}$g/mL=1.84g/mL，
87%（密度1.8g/cm³）的硫酸物质的量浓度为$\frac{1000×1.8×87%}{98}$mol/L，
根据稀释定律，50mL浓硫酸吸水失去吸水能力后溶液体积为：$\frac{50mL×18.4mol/L}{\frac{1000×1.8×87%}{98}mol/L}$=57.57mL，
则吸收水的质量为：$\frac{50mL×18.4mol/L}{\frac{1000×1.8×87%}{98}mol/L}$×1.8g/mL-50mL×1.84g/mL=11.63g
故答案为：11.63；
（3）蒸馏后得到97.5%的HNO₃的质量为$\frac{{m}_{1}×65%}{97.5%}$，得到60%的Mg（NO₃）₂溶液质量为$\frac{{m}_{2}×72%}{60%}$，损耗水的总质量为（m₁+m₂）×5%，则：
$\frac{{m}_{1}×65%}{97.5%}$+$\frac{{m}_{2}×72%}{60%}$=（m₁+m₂）-（m₁+m₂）×5%
整理可得：$\frac{{m}_{1}}{{m}_{2}}$=0.88
故答案为：0.88；
（4）根据N原子守恒得n（NaNO₃）=n（NO_x）-n（NaNO₂）=0.5mol-0.35mol=0.15mol，
由 2NO₂+2NaOH=NaNO₂+NaNO₃+H₂O，可知生成0.15mol硝酸钠需要0.3molNO₂，同时生成0.15mol亚硝酸钠，则反应NO+NO₂+2NaOH=2NaNO₂+H₂O生成的亚硝酸钠为0.35mol-0.15mol=0.2mol，则该反应中消耗0.1molNO₂、0.1molNO，所以原混合气体中NO、NO₂的物质的量分别是0.1mol、0.4mol，尾气中NO与NO₂的平均组成记为NO_x，则x=$\frac{0.1mol×1+0.4mol×2}{0.5mol}$=1.8，
故答案为：1.8．

点评 本题考查混合物有关计算、溶液浓度计算，题目计算量大，属于易错题目，有利于培养学生的分析计算能力，注意极限法与守恒法的应用，难度中等．