Question

15．工業(yè)上采用氨的催化氧化制備硝酸，起反應如下：
4NH₃+5O₂→4NO+6H₂O
4NO+3O₂+2H₂O→4HNO₃
設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0.14
（2）1mol NH₃完全轉(zhuǎn)化HNO₃，若在次過程中不補充水，則所得HNO₃溶液的質(zhì)量分數(shù)為77.8%（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的硝酸溶液多少噸？
（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：
2NO+Na₂CO₃→NaNO₂+NaNO₃+CO₂↑     ①
NO+NO₂+Na₂CO₃→2NaNO₂+CO₂↑        ②
若每生產(chǎn)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

分析 （1）氨的催化氧化反應為：4NH₃+5O₂→4NO+6H₂O 氨氣恰好完全氧化為一氧化氮時氨氣和氧氣的反應比為4：5，空氣中氧氣的體積分數(shù)為0.20，氮氣體積分數(shù)為0.80，把氧氣轉(zhuǎn)化為空氣的體積，即可求得氨氣與空氣的混合氣中，氨氣的體積分數(shù)；
（2）根由方程式可得反應總方程式：NH₃+2O₂=HNO₃+H₂O，所得硝酸溶液中HNO₃與H₂O的物質(zhì)的量之比為1：1，再結(jié)合質(zhì)量分數(shù)定義計算；
（3）根據(jù)關(guān)系式：NH₃～HNO₃，結(jié)合制備硝酸和消耗氨氣物質(zhì)的量之間的關(guān)系進行計算；
（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，列方程計算解答．

解答 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$\frac{4}{29}$=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)=$\frac{1mol×63g/mol}{1mol（63g/mol+18g/mol）}$×100%=77.8%，
故答案為：77.8%；
（3）設用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：
NH₃～～～～～～～～～～～HNO₃，
17                      63
17t×95%×92%         0.63x
解得x=87.4t，
答：用17噸NH₃可制取質(zhì)量分數(shù)為0.63的硝酸溶液87.4噸；
（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，答：吸收液中NaNO₂和NaNO₃物質(zhì)的量之比是3：1．

點評 本題考查氧化還原反應以及混合物計算、化學方程式計算，注意對差量法的理解與應用，難度中等．