Question

【題目】工業(yè)上采用氨的催化氧化制備硝酸，其反應如下：

4NH3+5O2→4NO+6H2O

4NO+3O2+2H2O→4HNO3

設(shè)空氣中氧氣的體積分數(shù)為0.20，氮氣的體積分數(shù)為0.80

(1)為使NH3恰好完全氧化為NO，氨﹣空氣混合物中氨的體積分數(shù)為______

(2)1mol NH3完全轉(zhuǎn)化HNO3，若在此過程中不補充水，則所得HNO3溶液的質(zhì)量分數(shù)為______（保留2位小數(shù)）

(3)已知NH3完全轉(zhuǎn)化NO的轉(zhuǎn)化率為95%，由NO轉(zhuǎn)化HNO3的轉(zhuǎn)化率為92%．請計算用17噸NH3可制取質(zhì)量分數(shù)為0.63的硝酸溶液______________噸？

(4)硝酸工業(yè)生產(chǎn)中的尾氣可用純堿溶液吸收，有關(guān)的化學反應為：

2NO2+Na2CO3→NaNO2+NaNO3+CO2↑ ①

NO+NO2+Na2CO3→2NaNO2+CO2↑ ②

若每生成1mol CO2，吸收溶液質(zhì)量就增加40g．計算吸收液中NaNO2和NaNO3物質(zhì)的量之比______________．

Answer 1

【答案】0.14 77.8% 87.4噸 3：1

【解析】

(1)氨氣恰好完全氧化為一氧化氮，發(fā)生反應4NH3+5O2→4NO+6H2O，氨氣和氧氣物質(zhì)的量之比為4：5，即氨氣和空氣物質(zhì)的量之比為4:(5÷0.2)=4:25，由此可求出氨氣的含量；

(2)由方程式可得反應總方程式：NH3+2O2=HNO3+H2O，為使1mol氨氣恰好完全轉(zhuǎn)化化為硝酸，所得硝酸溶液中HNO3與H2O的物質(zhì)的量之比為1:1，由此可求出HNO3的質(zhì)量分數(shù)；

(3)設(shè)用17噸NH3可制取質(zhì)量分數(shù)為0.63的硝酸溶液質(zhì)量是xmol，可利用N原子守恒建立關(guān)系式，NH3——HNO3，從而求出生成硝酸的質(zhì)量；

(4)反應2NO2+Na2CO3=NaNO2+NaNO3+CO2↑，產(chǎn)生22.4L（標準狀況下）CO2時，溶液質(zhì)量增重△m=48g，反應NO+NO2+Na2CO3=2NaNO2+CO2↑，產(chǎn)生22.4L（標準狀況下）CO2時，溶液質(zhì)量增重△m=32g，實際溶液質(zhì)量增重40g，上述兩個反應都發(fā)生，然后設(shè)未知數(shù)，列方程求解。

(1)氨氣恰好完全氧化為一氧化氮，發(fā)生反應4NH3+5O2→4NO+6H2O，氨氣和氧氣物質(zhì)的量之比為4：5，即氨氣和空氣物質(zhì)的量之比為4：(5÷0.2)=4：25，所以氨氣所占體積分數(shù)即物質(zhì)的量分數(shù)為=0.14，故答案為：0.14；

(2)由方程式可得反應總方程式：NH3+2O2=HNO3+H2O，為使1mol氨氣恰好完全轉(zhuǎn)化化為硝酸，所得硝酸溶液中HNO3與H2O的物質(zhì)的量之比為1：1，故所得硝酸溶液質(zhì)量分數(shù)=77.8%，故答案為：77.8%；

(3)設(shè)用17噸NH3可制取質(zhì)量分數(shù)為0.63的硝酸溶液質(zhì)量是xmol，則：

解得x=87.4t，故答案為：87.4t；

(4)反應2NO2+Na2CO3=NaNO2+NaNO3+CO2↑，產(chǎn)生22.4L（標準狀況下）CO2時，溶液質(zhì)量增重△m=48g，反應NO+NO2+Na2CO3=2NaNO2+CO2↑，產(chǎn)生22.4L（標準狀況下）CO2時，溶液質(zhì)量增重△m=32g，實際溶液質(zhì)量增重40g，上述兩個反應都發(fā)生，設(shè)由NO2與純堿反應產(chǎn)生的CO2為amol，由NO和NO2與純堿反應產(chǎn)生的CO2為bmol，則：a+b=1，48a+32b=40，解得a=b=0.5，所以n(NaNO2)：n(NaNO3)=(a+2b)：a=1.5:0.5=3:1，故答案為：3:1。