Question

二氧化硫和氮氧化物（NO_x）是大气的主要污染物，治理环境污染是当前环保工作的重要研究内容之一。
完成下列计算：
（1）石灰石-石膏湿法烟气脱硫工艺技术的原理是：烟气中的二氧化硫与浆液中的碳酸钙以及空气反应生成石膏（CaSO₄·2H₂O）。某电厂用煤300t（煤中含硫的质量分数为2.5%），若燃烧时煤中的硫全部转化为二氧化硫，用该方法脱硫时有96%的硫转化为石膏，则理论上可得到_________吨石膏。
（2）用CH₄催化还原NO_x，主要产物为N₂与CO₂。现有1 L NO_x（含NO₂、NO），用CH₄将其还原成N₂，消耗同温同压下的CH₄ 0.4 L，则混合气体中NO₂、NO的物质量之比为____。
（3）乙二酸（H₂C₂O₄）的制备有如下反应：
C₆H₁₂O₆＋18HNO₃→3H₂C₂O₄＋18NO₂↑＋12H₂O
C₆H₁₂O₆­＋6HNO₃→3H₂C₂O₄＋6NO↑＋6H₂O
上述反应产生的NO_x用氧气和水吸收后生成硝酸循环利用，若尾气NO_x中n(NO₂)︰n(NO)＝2︰1，且NO_x的吸收转化率为90%。每生产9 kg乙二酸至少需要补充质量分数为63%的硝酸溶液多少千克？
（4）用碱液吸收法处理某工业尾气（含NO_x：NO、NO₂和N₂O₄）的反应为：
2NO₂ + 2NaOH→ NaNO₂ + NaNO₃ + H₂O；
NO + NO₂ + 2NaOH→ 2NaNO₂ + H₂O。
当N₂O₄体积分数为0.2时，处理1mol该NO_x，计算生成NaNO₃和NaNO₂的物质的量（x可作为已知条件使用）。

Answer 1

（1）38.7 （3分）
（2）3︰2 （3分）
（3）3.6   （4分）
（4）n（NaNO₂）="(2.2-0.8x)" mol （2分）； n（NaNO₃）="(0.8x-1)" mol  （2分）

试题分析：（1）根据硫元素守恒确定：300×2.5%×96%÷32×172=38.7t
（2）根据电子守恒得：3n(NO)＋n(NO₂)= 8n(CH₄)  n(NO)＋n(NO₂)=1（单位用mol替代，方便计算）
2n(NO)＋4n(NO₂)= 8×0.4  n(NO)＋n(NO₂)=1
n(NO)=0.4mol    n(NO₂)=0.6mol    则混合气体中NO₂、NO的物质量之比为3︰2
（3）根据上述要求每生产9 kg需要硝酸的量计算为：
1/2n(NO) ＋ 1/6n(NO₂)= n(H₂C₂O₄)=9000÷90=100
n(NO) :n(NO₂)=1:2
联立解得n(NO)=120mol    n(NO₂)=240mol
反应中气体损失10%，根据氮原子守恒知硝酸的量与气体的量相等，故应补充损失的量即可
（120+240）×63×10%÷63%=3600g=3.6kg
（4）设NO有amol，NO₂有bmol
a+b=1-0.2=0.8
(a+2b)/(a+b)=x
解得a=1.6-0.8x     b=0.8x-0.8
根据方程式：NO + NO₂ + 2NaOH→ 2NaNO₂ + H₂O，代入NO的物质的量(a)，计算求出NaNO₂的物质的量=3.2-1.6x
此时剩余NO₂的物质的量=0.4+b-a=0.4+0.8x-0.8-(1.6-0.8x)=1.6x-2
根据方程式：2NO₂ + 2NaOH→ NaNO₂ + NaNO₃ + H₂O，带入NO₂剩余的物质的量，计算求出n(NaNO₂)= n(NaNO₃)=0.8x-1
故亚硝酸钠的总量为两个方程式产生的和="3.2-1.6x+0.8x-1=2.2-0.8" x