Question

二氧化硫和氮氧化物（NO_x）是大氣的主要污染物，治理環境污染是當前環保工作的重要研究內容之一。
完成下列計算：
（1）石灰石-石膏濕法煙氣脫硫工藝技術的原理是：煙氣中的二氧化硫與漿液中的碳酸鈣以及空氣反應生成石膏（CaSO₄·2H₂O）。某電廠用煤300t（煤中含硫的質量分數為2.5%），若燃燒時煤中的硫全部轉化為二氧化硫，用該方法脫硫時有96%的硫轉化為石膏，則理論上可得到_________噸石膏。
（2）用CH₄催化還原NO_x，主要產物為N₂與CO₂。現有1 L NO_x（含NO₂、NO），用CH₄將其還原成N₂，消耗同溫同壓下的CH₄ 0.4 L，則混合氣體中NO₂、NO的物質量之比為____。
（3）乙二酸（H₂C₂O₄）的制備有如下反應：
C₆H₁₂O₆＋18HNO₃→3H₂C₂O₄＋18NO₂↑＋12H₂O
C₆H₁₂O₆­＋6HNO₃→3H₂C₂O₄＋6NO↑＋6H₂O
上述反應產生的NO_x用氧氣和水吸收后生成硝酸循環利用，若尾氣NO_x中n(NO₂)︰n(NO)＝2︰1，且NO_x的吸收轉化率為90%。每生產9 kg乙二酸至少需要補充質量分數為63%的硝酸溶液多少千克？
（4）用堿液吸收法處理某工業尾氣（含NO_x：NO、NO₂和N₂O₄）的反應為：
2NO₂ + 2NaOH→ NaNO₂ + NaNO₃ + H₂O；
NO + NO₂ + 2NaOH→ 2NaNO₂ + H₂O。
當N₂O₄體積分數為0.2時，處理1mol該NO_x，計算生成NaNO₃和NaNO₂的物質的量（x可作為已知條件使用）。

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）

解析試題分析：（1）根據硫元素守恒確定：300×2.5%×96%÷32×172=38.7t
（2）根據電子守恒得：3n(NO)＋n(NO₂)= 8n(CH₄)  n(NO)＋n(NO₂)=1（單位用mol替代，方便計算）
2n(NO)＋4n(NO₂)= 8×0.4  n(NO)＋n(NO₂)=1
n(NO)=0.4mol    n(NO₂)=0.6mol    則混合氣體中NO₂、NO的物質量之比為3︰2
（3）根據上述要求每生產9 kg需要硝酸的量計算為：
1/2n(NO) ＋ 1/6n(NO₂)= n(H₂C₂O₄)=9000÷90=100
n(NO) :n(NO₂)=1:2
聯立解得n(NO)=120mol    n(NO₂)=240mol
反應中氣體損失10%，根據氮原子守恒知硝酸的量與氣體的量相等，故應補充損失的量即可
（120+240）×63×10%÷63%=3600g=3.6kg
（4）設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
根據方程式：NO + NO₂ + 2NaOH→ 2NaNO₂ + H₂O，代入NO的物質的量(a)，計算求出NaNO₂的物質的量=3.2-1.6x
此時剩余NO₂的物質的量=0.4+b-a=0.4+0.8x-0.8-(1.6-0.8x)=1.6x-2
根據方程式：2NO₂ + 2NaOH→ NaNO₂ + NaNO₃ + H₂O，帶入NO₂剩余的物質的量，計算求出n(NaNO₂)= n(NaNO₃)=0.8x-1
故亞硝酸鈉的總量為兩個方程式產生的和="3.2-1.6x+0.8x-1=2.2-0.8" x
考點：考查化學綜合計算有關問題。