Question

某化肥廠以氨和空氣（其中氧氣的體積分?jǐn)?shù)為0.2）為原料生產(chǎn)硝酸銨過程如下：

（1）步驟①反應(yīng)的化學(xué)方程式為

 

，步驟②中發(fā)生了兩個(gè)反應(yīng)，合并為一個(gè)化學(xué)方程式

 

．
（2）若不考慮副反應(yīng)且各步反應(yīng)均完全，為使生產(chǎn)過程中不再補(bǔ)充空氣，則原料氣中氨（包括第③步被硝酸吸收的氨）的體積分?jǐn)?shù)最大值為

 

．
（3）假設(shè)實(shí)際生產(chǎn)中，反應(yīng)①、②中含氮物質(zhì)的利用率分別為a、b，反應(yīng)③中氨的利用率為c、硝酸的利用率為100%，則合成硝酸銨的整個(gè)流程中，氨的總利用率是多少？（要求寫出解題過程）

Answer 1

考點(diǎn)：化學(xué)方程式的有關(guān)計(jì)算

專題：計(jì)算題

分析：（1）氨氣和氧氣在催化作用下加熱生成NO和水，NO被氧化生成二氧化氮，二氧化氮和水、氧氣反應(yīng)生成硝酸；
（2）依據(jù)反應(yīng)4NH₃+5O₂

催化劑 .

高溫高壓

4NO+6H₂O①4NO+3O₂+2H₂O=4HNO₃ ②NH₃+HNO₃=NH₄NO₃ ③消元即可解答；
（3）根據(jù)氮原子守恒和含氮物質(zhì)的利用率進(jìn)行解答，假設(shè)消耗NH₃的總物質(zhì)的量為1mol，其中用于制取HNO₃的NH₃的物質(zhì)的量為x mol，反應(yīng)①、②中生成的硝酸為abx mol；假設(shè)第①步參加反應(yīng)的氨氣的物質(zhì)的量為4mol，生成硝酸的物質(zhì)的量4abmol．

解答： 解：（1）氨氣和氧氣在催化作用下加熱生成NO和水，反應(yīng)的方程式為4NH₃+5O₂

催化劑 .

高溫高壓

4NO+6H₂O，反應(yīng)②涉及這樣幾步反應(yīng)：2NO+O₂ =2NO₂ ，3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO，二者聯(lián)式可得4NO+3O₂+2H₂O=4HNO₃，
故答案為：4NH₃+5O₂

催化劑 .

高溫高壓

4NO+6H₂O；4NO+3O₂+2H₂O=4HNO₃；
（2）整個(gè)過程包括這樣幾步反應(yīng)：4NH₃+5O₂

催化劑 .

高溫高壓

4NO+6H₂O①，4NO+3O₂+2H₂O=4HNO₃ ②，NH₃+HNO₃=NH₄NO₃ ③，
將①+②+③×4，約簡得：2NH₃+2O₂=NH₄NO₃ +H₂O
由n（NH₃）：n（O₂）=1：1，推知V（NH₃）：V（空氣）=1：5 則原料氣中氨（包括第③步被硝酸吸收的氨）的體積分?jǐn)?shù)最大值為

1

1+5

=

1

6

；
故答案為：

1

6

（或16.7%）；
（3）解法一：假設(shè)消耗NH₃的總物質(zhì)的量為1mol，其中用于制取HNO₃的NH₃的物質(zhì)的量為x mol，被HNO₃吸收的NH₃的物質(zhì)的量為ymol，反應(yīng)①、②中生成的硝酸為abxmol，NH₃+HNO₃=NH₄NO₃ ，abx=cy，則：x+y=1、abx=cy，解得：x=

c

ab+c

，y=

ab

ab+c

，氨的總利用率=

xab+yc

1

=

2abc

ab+c

；
解法二：假設(shè)第①步參加反應(yīng)的氨氣的物質(zhì)的量為4mol，反應(yīng)①、②中含氮物質(zhì)的利用率分別為a、b，則：生成硝酸的物質(zhì)的量4abmol，NH₃+HNO₃=NH₄NO₃ ，反應(yīng)③中氨的利用率為c，第③步需要氨氣的物質(zhì)的量為

4ab

c

mol；
氨的總利用率=

4ab+4ab

4+ 4ab c

=

2abc

ab+c

；
答：氨的總利用率是

2abc

ab+c

；

點(diǎn)評：本題考查了以硝酸的工業(yè)制備流程背景下的化學(xué)計(jì)算，側(cè)重于學(xué)生的分析能力和計(jì)算能力的考查，關(guān)鍵是依據(jù)各生產(chǎn)原料和產(chǎn)物間的關(guān)系，將方程式當(dāng)作代數(shù)式進(jìn)行相應(yīng)的消元，構(gòu)建目標(biāo)物質(zhì)的關(guān)系，題目難度中等．