Question

15．工業(yè)上利用氨氧化獲得的高濃度NO_x氣體（含NO、NO₂）制備NaNO₂、NaNO₃，工藝流程如下：

已知：Na₂CO₃+NO+NO₂═2NaNO₂+CO₂
（1）氨氧化法獲得NO、NO₂氣體的方程式分別為4NH₃+5O₂$\frac{\underline{催化劑}}{△}$4NO+6H₂O，2NO+O₂=2NO₂．
（2）中和液所含溶質(zhì)除NaNO₂及少量Na₂CO₃外，還有NaNO₃ （填化學式）．
（3）中和液進行蒸發(fā)I操作時，應(yīng)控制水的蒸發(fā)量，避免濃度過大，目的是防止NaNO₂的析出．蒸發(fā)I產(chǎn)生的蒸汽中含有少量NaNO₂等有毒物質(zhì)，不能直接排放，將其冷凝后用于流程中的一（填操作名稱）最合理．
（4）在實驗室里實現(xiàn)分離l的操作名稱是過濾．母液II需回收利用，下列處理方法合理的是cd．
a．轉(zhuǎn)入中和液  b．轉(zhuǎn)入結(jié)晶I操作  c．轉(zhuǎn)入轉(zhuǎn)化液  d．轉(zhuǎn)入結(jié)晶II操作
（5）若將NaNO₂、NaNO₃兩種產(chǎn)品的物質(zhì)的量之比設(shè)為2：1，則生產(chǎn)1.38噸NaNO₂時，Na₂CO₃的理論用量為1.59噸（假設(shè)NaNO₂恰好完全反應(yīng)）．

Answer 1

分析 由制備流程可知，碳酸鈉溶解后，堿吸收發(fā)生Na₂CO₃+NO+NO₂═2NaNO₂+CO₂、3NO₂+H₂O=HNO₃+NO、Na₂CO₃+2HNO₃=NaNO₃+H₂O+CO₂↑，然后中和液進行蒸發(fā)Ⅰ操作，應(yīng)避免濃度過大NaNO₂析出，蒸發(fā)Ⅰ產(chǎn)生的蒸汽中含有少量的NaNO₂等有毒物質(zhì)要回收再循環(huán)利用；結(jié)晶過濾分離出NaNO₃，母液I中主要含NaNO₂，母液Ⅰ進行轉(zhuǎn)化時加入稀HNO₃、空氣，硝酸提供酸性環(huán)境，可將NaNO₂轉(zhuǎn)化為NaNO₃，轉(zhuǎn)化液蒸發(fā)、結(jié)晶、過濾分離出NaNO₃，母液Ⅱ中主要含NaNO₃．
（1）氨氣具有還原性，氧氣具有氧化性，氨氣中氮元素為-3價，被氧氣氧化為+2價的氮元素，所以氨氣和氧氣反應(yīng)生成一氧化氮和水，NO易與空氣中的O₂反應(yīng)生成二氧化氮氣體，據(jù)此分析解答；
（2）由上述分析可知，二氧化氮與堿液反應(yīng)生成NaNO₂，還可生成NaNO₃，中和液中含剩余的少量Na₂CO₃，
（3）中和液進行蒸發(fā)Ⅰ操作時，應(yīng)控制水的蒸發(fā)量，避免濃度過大，目的是防止NaNO₂的析出，NaNO₂等有毒要回收再循環(huán)利用；
（4）固液分離通常采用過濾的方法，母液Ⅱ需回收利用，可轉(zhuǎn)入轉(zhuǎn)化液或轉(zhuǎn)入結(jié)晶Ⅱ操作，提高其利用率；
（5）生產(chǎn)1.38噸NaNO₂時，n（NaNO₂）=$\frac{1.38×1{0}^{6}g}{69g/mol}$=2×10⁴mol，NaNO₂、NaNO₃兩種產(chǎn)品的物質(zhì)的量之比為2：1，則n（NaNO₃）=1×10⁴mol，由Na原子守恒可知，2n（Na₂CO₃）=n（NaNO₂）+n（NaNO₃），結(jié)合m=nM計算．

解答 解：（1）NH₃與過量O₂在催化劑、加熱條件下發(fā)生反應(yīng)生成一氧化氮和水，反應(yīng)方程為：4NH₃+5O₂$\frac{\underline{催化劑}}{△}$4NO+6H₂O，
常溫下NO易與空氣中的O₂反應(yīng)生成紅棕色的二氧化氮氣體，2NO+O₂=2NO₂，
故答案為：4NH₃+5O₂$\frac{\underline{催化劑}}{△}$4NO+6H₂O；2NO+O₂=2NO₂；
（2）由制備流程可知，碳酸鈉溶解后，堿吸收發(fā)生Na₂CO₃+NO+NO₂═2NaNO₂+CO₂、3NO₂+H₂O=HNO₃+NO、Na₂CO₃+2HNO₃=NaNO₃+H₂O+CO₂↑，所以中和液所含溶質(zhì)除NaNO₂及少量Na₂CO₃外，還有NaNO₃，
故答案為：NaNO₃；
（3）中和液進行蒸發(fā)Ⅰ操作時，應(yīng)控制水的蒸發(fā)量，避免濃度過大，目的是防止NaNO₂的析出，蒸發(fā)Ⅰ產(chǎn)生的蒸汽中含有少量的NaNO₂等有毒物質(zhì)，不能直接排放，將其冷凝后用于流程中的溶堿，循環(huán)利用，提高利用率，
故答案為：防止NaNO₂的析出；溶堿；
（4）由上述分析可知，結(jié)晶過濾分離出NaNO₃，母液I中主要含NaNO₂，母液Ⅱ需回收利用，可轉(zhuǎn)入轉(zhuǎn)化液或轉(zhuǎn)入結(jié)晶Ⅱ操作，提高其利用率，
故答案為：過濾；cd；
（5）生產(chǎn)1.38噸NaNO₂時，n（NaNO₂）=$\frac{1.38×1{0}^{6}g}{69g/mol}$=2×10⁴mol，NaNO₂、NaNO₃兩種產(chǎn)品的物質(zhì)的量之比為2：1，則n（NaNO₃）=1×10⁴mol，由Na原子守恒可知，2n（Na₂CO₃）=n（NaNO₂）+n（NaNO₃），m（Na₂CO₃）=（2×10⁴mol+1×10⁴mol）×$\frac{1}{2}$×106g/mol=1.59×10⁶g=1.59t，
故答案為：1.59．

點評 本題考查工業(yè)制備NaNO₂、NaNO₃，涉及物質(zhì)的制備流程及混合物分離提純綜合應(yīng)用，把握流程中的反應(yīng)、分離方法為解答的關(guān)鍵，注意工業(yè)生產(chǎn)與環(huán)境保護、原料利用率等，側(cè)重分析與應(yīng)用能力的綜合考查，題目難度中等．