Question

【題目】工業上用氨氣與空氣混合，通過“氨的催化氧化”等反應工業合成硝酸及其他產品。

1.將NH3與O2在一定條件下充分反應后全部轉化為硝酸溶液，則此硝酸溶液中溶質的質量分數為_________________，若所得硝酸密度為ρg/cm3，則其物質的量濃度為_______（保留兩位小數）。

2.某化肥廠以氨為原料制備 NH4NO3，已知由氨制 NO 的產率是 96%，NO 制硝酸的產率是 92%，氨被硝酸的吸收率為100%，則制備80噸 NH4NO3所需氨的體積（標準狀況）為________m3（保留兩位小數）。

3.一定量的濃硝酸與銅反應生成NO、NO2、N2O4混合氣體。測出混合氣體密度是同溫同壓下氫氣的28倍。再將氣體通過足量水充分吸收后，體積變為原來的2/3（相同條件下測定）。計算混合氣體中NO2的體積分數_____________。

4.合成氨原料氣由CH4在高溫下與水蒸氣、空氣反應而得。反應原理如下：

CH4＋2H2O→CO2＋4H22CH4＋O2＋2H2O→2CO2＋6H2

將反應后的混合氣中CO2、H2O (g)通過吸收和干燥除去后，只含N2和H2。為使進入合成氨反應塔兩者體積比為1∶3。計算起始氣體中CH4和空氣的比例。（已知空氣中O2和N2的體積比為1∶4）。_____________

Answer 1

【答案】77.78%（或0.78） 12.35ρmol/L 47435.29 (或33.33%) 7:10

【解析】

1.設參加反應的氨氣是4mol，則根據方程式4N2＋5O2＝4NO＋6H2O、4NO＋3O2＋2H2O＝4HNO可知NH3與O2在一定條件下充分反應后全部轉化為硝酸溶液，則此硝酸溶液中溶質的質量分數為＝77.78%；根據c=可知，若所得硝酸密度為ρg/cm3，則其物質的量濃度為＝12.35ρmol/L。

2.根據合成 NH4NO3的反應：NH3＋ HNO3→NH4NO3

合成 80 t NH4NO3時，需要用 63 t HNO3吸收 17 t 的 NH3。

制備 63 t HNO3需要m(NH3)

NH3 ～ HNO3

17 63

m(NH3)×96%×92% 63 t

m(NH3)＝19 t。

V(NH3)＝＝47435.29（m3）

3.設NO x mol NO2 y mol N2O4 z mol

30 x + 46 y + 92z＝2×28(x+ y + z)

(x+y+z)＝x +y + z

X＝y＝z

則φ(NO2)＝ (或33.33%)

4.設起始氣體中CH4x mol 空氣y mol，則N2為0.8y mol， O2為0.2y mol

CH4＋2H2O→CO2＋4H2①

2CH4＋O2＋2H2O→2CO2＋6H2②

反應②生成的H2為0.2y mol×6/1＝1.2y mol,消耗CH40.2y mol×2/1＝0.4y mol

反應①生成的H2為(x-0.4y) mol×4/1＝4(x-0.4y) mol

0.8 y : [1.2y +4(x-0.4y)]＝1:3 x:y＝7:10 V(CH4):V(空氣)＝7:10。