Question

14．NO_x是大氣污染的主要污染物之一．
（1）硝酸廠常用如下三種方法處理氮氧化物（NO與NO₂）尾氣
①催化還原法：在催化劑存在時用H₂將NO₂還原為N₂，
②Na₂CO₃溶液吸收法：用Na₂CO₃溶液吸收NO₂生成CO₂，若9.2g NO₂和Na₂CO₃溶液完全反應(yīng)時轉(zhuǎn)移0.1mol電子，則反應(yīng)的離子方程式為2NO₂+CO₃^2-=NO₃^-+NO₂^-+CO₂．
③燒堿吸收法：氮氧化物（NO與NO₂）用燒堿進行吸收，產(chǎn)物為NaNO₂、NaNO₃和H₂O，現(xiàn)有含0.5mol氮氧化物的尾氣，恰好被一定體積的25%NaOH溶液（密度1.28g/cm³）完全吸收．已知反應(yīng)后溶液中含有0.35mo1NaNO₂，若將尾氣中NO與NO₂的平均組成記為NO_x，則x=1.8．
（2）現(xiàn)將一定量的鐵和銅的混合物分為等質(zhì)量的4份，分別加入等濃度不同體積的稀硝酸（假設(shè)反應(yīng)中稀硝酸的還原產(chǎn)物只有NO），產(chǎn)生氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積與剩余固體的質(zhì)量如表：

硝酸體積（mL）	100	200	300	400
剩余固體（g）	18.0	9.6	0	0
放出氣體的體積（mL）	2240	4480	6720	8960mL

①稀硝酸的濃度為4mol•L^-1
②計算原混合物中鐵和銅的物質(zhì)的量比為2：1；
③加入400mL稀硝酸，反應(yīng)完全后，溶液中硝酸根離子的物質(zhì)的量為1.2mol．

Answer 1

分析 （1）②n（NO₂）=$\frac{9.2g}{46g/mol}$=0.2mol，該反應(yīng)中NO₂被還原生成NO₃^-，0.2molNO₂反應(yīng)轉(zhuǎn)移0.1mol電子，則生成n（NO₃^-）=$\frac{0.1mol}{5-4}$=0.1mol，則剩余0.1mol二氧化氮被氧化生成其它物質(zhì)，且轉(zhuǎn)移0.1mol電子，則生成物中N元素化合價為+3價，且生成物在水溶液中，應(yīng)該是亞硝酸根離子，據(jù)此書寫離子方程式；
③根據(jù)N原子守恒得n（NaNO₃）=n（NO_x）-n（NaNO₂）=0.5mol-0.35mol=0.15mol，
NO、NO₂和NaOH溶液反應(yīng)方程式為2NO₂+2NaOH=NaNO₂+NaNO₃+H₂O和NO+NO₂+2NaOH=2NaNO₂+H₂O，生成0.15mol硝酸鈉需要0.3molNO₂，同時生成0.15mol亞硝酸鈉，含有0.2mol的亞硝酸鈉是NO和NO₂混合與NaOH反應(yīng)得到的，得到的0.2mol亞硝酸鈉需要0.1molNO₂、0.1molNO，所以NO、NO₂的物質(zhì)的量分別是0.1mol、0.4mol，再根據(jù)O原子守恒計算x值；
（2）①加入100mL硝酸時，金屬有剩余，說明金屬溶解生成二價離子且硝酸完全反應(yīng)生成硝酸銀和NO，n（NO）=$\frac{2.24L}{22.4L/mol}$=0.1mol，生成NO和消耗硝酸之間的關(guān)系式為2NO----8HNO₃，據(jù)此計算硝酸濃度；
②100-200mL時，溶解金屬質(zhì)量=18.0g-9.6g=8.4g，金屬有剩余，說明生成的金屬陽離子是二價鐵離子，增加n（NO）=$\frac{4.48L-2.24L}{22.4L/mol}$=0.1mol，根據(jù)轉(zhuǎn)移電子守恒得n（金屬）=$\frac{0.1mol×（5-2）}{2-0}$=0.15mol，金屬平均摩爾質(zhì)量=$\frac{8.4g}{0.15mol}$=56g/mol，所以溶解的是Fe；
200-300mL時，溶解金屬質(zhì)量=9.6g-0=9.6g，增加n（NO）=$\frac{6.72L-4.48L}{22.4L/mol}$=0.1mol，假設(shè)溶解的完全是銅，
根據(jù)轉(zhuǎn)移電子守恒得n（金屬）=$\frac{0.1mol×（5-2）}{2-0}$=0.15mol，金屬平均摩爾質(zhì)量=$\frac{9.6g}{0.15mol}$=64g/mol，所以溶解的完全是Cu，即鐵恰好和200mL硝酸完全反應(yīng)生成硝酸亞鐵；
③400mL該稀硝酸中含有硝酸的物質(zhì)的量為：4mol/L×0.4L=1.6mol，根據(jù)反應(yīng)Fe+4HNO₃=Fe（NO₃）₃+NO↑+2H₂O計算出鐵完全反應(yīng)生成硝酸鐵消耗硝酸的物質(zhì)的量，再計算出銅完全反應(yīng)消耗硝酸的物質(zhì)的量，根據(jù)計算結(jié)果判斷硝酸過量情況，再計算出溶液中含有的硝酸根離子的物質(zhì)的量；
根據(jù)方程式中金屬和NO的關(guān)系式計算生成NO體積．

解答 解：（1）②n（NO₂）=$\frac{9.2g}{46g/mol}$=0.2mol，該反應(yīng)中NO₂被還原生成NO₃^-，0.2molNO₂反應(yīng)轉(zhuǎn)移0.1mol電子，則生成n（NO₃^-）=$\frac{0.1mol}{5-4}$=0.1mol，則剩余0.1mol二氧化氮被氧化生成其它物質(zhì)，且轉(zhuǎn)移0.1mol電子，則生成物中N元素化合價為+3價，且生成物在水溶液中，應(yīng)該是亞硝酸根離子，反應(yīng)的離子方程式為：2NO₂+CO₃^2-=NO₃^-+NO₂^-+CO₂，
故答案為：2NO₂+CO₃^2-=NO₃^-+NO₂^-+CO₂；
③根據(jù)N原子守恒得n（NaNO₃）=n（NO_x）-n（NaNO₂）=0.5mol-0.35mol=0.15mol，NO、NO₂和NaOH溶液反應(yīng)方程式為2NO₂+2NaOH=NaNO₂+NaNO₃+H₂O和NO+NO₂+2NaOH=2NaNO₂+H₂O，生成0.15mol硝酸鈉需要0.3molNO₂，同時生成0.15mol亞硝酸鈉，含有0.2mol的亞硝酸鈉是NO和NO₂混合與NaOH反應(yīng)得到的，得到的0.2mol亞硝酸鈉需要0.1molNO₂、0.1molNO，所以NO、NO₂的物質(zhì)的量分別是0.1mol、0.4mol，尾氣中NO與NO₂的平均組成記為NO_x，則x=$\frac{0.1mol×1+0.4mol×2}{0.5mol}$=1.8，
故答案為：1.8；
（2）①加入100mL硝酸時，金屬有剩余，說明金屬溶解生成二價離子且硝酸完全反應(yīng)生成硝酸銀和NO，n（NO）=$\frac{2.24L}{22.4L/mol}$=0.1mol，生成NO和消耗硝酸之間的關(guān)系式為2NO----8HNO₃，c（HNO₃）=$\frac{n}{V}$=$\frac{\frac{0.1mol}{2}×8}{0.1L}$=4mol/L，
故答案為：4；
②100-200mL時，溶解金屬質(zhì)量=18.0g-9.6g=8.4g，金屬有剩余，說明生成的金屬陽離子是二價鐵離子，增加n（NO）=$\frac{4.48L-2.24L}{22.4L/mol}$=0.1mol，根據(jù)轉(zhuǎn)移電子守恒得n（金屬）=$\frac{0.1mol×（5-2）}{2-0}$=0.15mol，金屬平均摩爾質(zhì)量=$\frac{8.4g}{0.15mol}$=56g/mol，所以溶解的是Fe；
且0-100mL溶解的鐵和100-200mL溶解的鐵質(zhì)量相等，所以0-100mL溶解的Fe為8.4g；
200-300mL時，溶解金屬質(zhì)量=9.6g-0=9.6g，增加n（NO）=$\frac{6.72L-4.48L}{22.4L/mol}$=0.1mol，假設(shè)溶解的完全是銅，
根據(jù)轉(zhuǎn)移電子守恒得n（金屬）=$\frac{0.1mol×（5-2）}{2-0}$=0.15mol，金屬平均摩爾質(zhì)量=$\frac{9.6g}{0.15mol}$=64g/mol，所以溶解的完全是Cu，即鐵恰好和200mL硝酸完全反應(yīng)生成硝酸亞鐵；
則n（Fe）=$\frac{8.4g+8.4g}{56g/mol}$=0.3mol，n（Fe）：n（Cu）=0.3mol：0.15mol=2：1，故答案為：2：1；
③400mL該稀硝酸中含有硝酸的物質(zhì)的量為4mol/L×0.4L=1.6mol，根據(jù)反應(yīng)Fe+4HNO₃=Fe（NO₃）₃+NO↑+2H₂O可知，0.3mol鐵完全反應(yīng)消耗硝酸的物質(zhì)的量為0.3mol×4=1.2mol，0.15mol銅完全反應(yīng)消耗硝酸的物質(zhì)的量為0.15mol×$\frac{8}{3}$=0.4mol，總共需要消耗1.6mol硝酸，說明加入400mL稀硝酸后恰好反應(yīng)，硝酸和金屬恰好反應(yīng)生成硝酸銅、硝酸鐵，所以溶液中硝酸根離子的物質(zhì)的量為0.3mol×3+0.15mol×2=1.2mol，
根據(jù)方程式3Cu+8HNO₃=3Cu（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O、Fe+4HNO₃=Fe（NO₃）₃+NO↑+2H₂O知，生成n（NO）=n（Fe）+$\frac{2}{3}$n（Cu）=0.3mol+0.1mol=0.4mol，氣體體積=0.4mol×22.4L/mol=8960mL，
故答案為：1.2mol；8960mL．

點評 本題考查混合物的計算、離子方程式的書寫，側(cè)重考查學(xué)生分析計算能力，難點是（2）題計算，明確每一步發(fā)生的反應(yīng)是解本題關(guān)鍵，利用轉(zhuǎn)移電子守恒進行有關(guān)計算，注意物質(zhì)反應(yīng)先后順序，題目難度中等．