问题 计算题

二氧化硫和氮氧化物(NOx)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NOx,主要产物为N2与CO2。现有1 L NOx(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NOx用氧气和水吸收后生成硝酸循环利用,若尾气NOx中n(NO2)︰n(NO)=2︰1,且NOx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NOx: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NOx,计算生成NaNO3和NaNO2的物质的量(x可作为已知条件使用)。

答案

(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)

题目分析:(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

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