Question

某处工厂排出的烟道气中含氮氧化物（主要为NO、NO₂）、粉尘和少量水蒸气。课外兴趣活动小组对该工厂排出的烟道气进行处理，并检测其氮氧化物含量，实验装置如图所示：

（1）装置A中放置无碱玻璃棉，其目的是除去___________。为保证检测的准确性，装置C中盛放的化学试剂可以是___________（填字母）。

a．碱石灰                b．浓硫酸        c．五水合硫酸铜（CuSO₄·5H₂O）

（2）装置D中主要发生：2NaOH＋2NO₂=NaNO₂＋NaNO₃＋H₂O；2NaOH＋NO＋NO₂=2NaNO₂＋H₂O

①若反应后尾气无残留，则参加反应的NO₂、NO物质的量比值为_______（填字母）。

a．≥1                    b．≤1                    c．任意值

②可使用适量酸性H₂O₂溶液，将溶液中的NO₂^－全部氧化为NO₃^－，发生反应的离子方程式是___________。

（3）溶液中NO₃^－直接排放在水体中也会造成污染，现用活泼金属将溶液中NO₃^－转化为N₂，实现氮元素的脱除，具体步骤如下：

步骤一、取适量（2）中H₂O₂处理后的溶液，调节pH至中性，蒸发浓缩，得到c(NO₃^－)为0.100mol·L^-1的溶液甲。

步骤二、现量取50mL溶液甲，分别用金属铝、金属铁和铝铁合金在45℃、惰性气体氛围中对溶液乙进行氮脱除。

步骤三、重复实验2~3次，溶液中NO₃^－的残留情况与反应时间的关系如图所示。

①金属铝和金属铁在0~3h内，NO₃^－的脱除效率均很低，几乎没被脱除，其可能的原因是___________。

②0~3h内铝铁合金的氮脱除效率比金属铝、金属铁大得多，其可能的原因________。

（4）气囊用来储存处理后气体，其中可能含少量NO气体，可用酸性NaClO溶液来处理。HClO氧化NO生成NO₃^－和Cl^－，发生反应的离子方程式是___________。

Answer

粉尘 b a H2O2+NO2－=NO3－+H2O 金属铁和金属铝表面都有一层氧化膜 铝铁合金在溶液中形成原电池，加快化学反应速率 3HClO+2NO+H2O=2NO3－+3Cl－+5H+

【解析】

(1)烟道气中含有粉尘，装置A中放置无碱玻璃棉，可以除去粉尘；装置C用于除去少量的水蒸气，应该选择浓硫酸，NO2会与碱石灰反应，而五水硫酸铜不能起到干燥的作用；

(2)①根据化学方程式，可知NO2可以单独被NaOH吸收，而NO需与NO2按照1：1才能被NaOH吸收，现无尾气残留，说明NO无残留，因此NO2至少和NO一样多，则参加反应的NO2、NO物质的量比值为≥1，a符合题意；

②NO2－被氧化成NO3－，N的化合价从＋3升高到＋5，H2O2中的O的化合价应该降低，1molH2O2中的O的化合价从－1降低到－2，得到2mol电子，则H2O2和NO2－的系数比为1：1，再根据物料守恒或电荷守恒配平，离子方程式为H2O2＋NO2－=H2O＋NO3－；

(3)①根据题意，活泼金属能够将溶液中NO3－转化为N2，但是金属铝和金属铁在0－3h内，NO3－的脱除效率很低，几乎没有脱除，可认为金属与NO3－可能没有反应，可能是金属表面有氧化膜，阻碍了NO3－的脱除反应；

②铝铁合金中，铁和铝的活动性不同，可以构成原电池，加快化学反应速率；

③HClO中Cl的化合价从＋1降低到－1，NO的化合价从＋2升高到＋5，根据化合价升降守恒的，则HClO和NO3－的系数为3：2，再根据物质守恒和电荷守恒配平，离子方程式为3HClO+2NO+H2O=2NO3－+3Cl－+5H+。