Question

9．已知空氣組成（ 體積分數(shù) ） N₂  0.800      O₂  0.200
氨空氣氧化后的混合氣體組成如下（ 高溫下NO與O₂可以共存 ）
NO  16mol     O₂ 7.00mol      H₂O  24.5mol       N₂  112mol
完成下列計算：
（1）該混合氣體中NO全部轉(zhuǎn)化為HNO₃ 需要5摩爾O₂．
（2）參加反應的空氣的體積是3136升．（ 標準狀況下 ）
（3）向該混合氣體中添加空氣使NO完全轉(zhuǎn)化為HNO₃，轉(zhuǎn)化后剩余氣體中（不含H₂O）氧氣體積分數(shù)為0.0500．添加空氣多少摩爾？
（4）該混合氣體的組成表明NH₃氧化產(chǎn)生的NO超過16mol，有部分NO已和O₂、H₂O反應轉(zhuǎn)化為HNO₃．這部分NO是多少摩爾？

Answer 1

分析 （1）NO完全轉(zhuǎn)化為硝酸，發(fā)生反應：4NO+3O₂ +2H₂O=4HNO₃，據(jù)此計算需要氧氣總物質(zhì)的量，減去混合氣體中氧氣物質(zhì)的量即為需要加入的氧氣；
（2）氮氣不參加反應，結(jié)合氮氣體積分數(shù)計算通入空氣體積；
（3）剩余氣體為氮氣、氧氣混合氣體，假設(shè)需要通入空氣為xmol，表示混轉(zhuǎn)化后氮氣物質(zhì)的量，根據(jù)方程式計算參加反應氧氣物質(zhì)的量，進而表示出剩余氧氣物質(zhì)的量，利用體積分數(shù)列方程計算；
（4）反應過程中氮氣的量不變，結(jié)合氮氣體積分數(shù)計算原空氣中氧氣物質(zhì)的量，根據(jù)4NH₃+5O₂$\frac{\underline{催化劑}}{△}$4NO+6H₂O計算參加反應的氧氣，計算反應4NO+3O₂ +2H₂O=4HNO₃中消耗的氧氣，進而計算轉(zhuǎn)化為HNO₃的NO．

解答 解：（1）NO完全轉(zhuǎn)化為硝酸，發(fā)生反應：4NO+3O₂ +2H₂O=4HNO₃，需要氧氣總物質(zhì)的量為16mol×$\frac{3}{4}$=12mol，減去混合氣體中氧氣物質(zhì)的量即為需要加入的氧氣，故需要加入的氧氣為12mol-7mol=5mol，故答案為：5；
（2）氮氣不參加反應，N₂ 的體積分數(shù)為0.800，故通入空氣體積為$\frac{112mol}{0.8}$×22.4L/mol=3136L，故答案為：3136；
（3）剩余氣體為氮氣、氧氣混合氣體，假設(shè)需要通入空氣為xmol，表示混轉(zhuǎn)化后氮氣物質(zhì)的量為112mol+0.8x mol，4NO+3O₂ +2H₂O=4HNO₃，需要氧氣總物質(zhì)的量為16mol×$\frac{3}{4}$=12mol，則剩余氧氣為0.2x mol+7mol-12mol=（0.2x-5）mol，則$\frac{0.2x-5}{112+0.8x+0.2x-5}$=0.05，解得x=69，
答：添加空氣為69mol；
（4）空氣中氮氣與氧氣的物質(zhì)的量比4：1，反應過程中氮氣的量不變，原來氧氣的物質(zhì)的量為112mol×$\frac{1}{4}$=28mol，由4NH₃+5O₂$\frac{\underline{催化劑}}{△}$4NO+6H₂O可知，生成16molNO消耗氧氣為16mol×$\frac{5}{4}$=20mol，則4NO+3O₂ +2H₂O=4HNO₃中消耗氧氣為28mol-7mol-20mol=1mol，由方程式可知轉(zhuǎn)化為硝酸的這部分NO為1mol×$\frac{4}{3}$=$\frac{4}{3}$mol，
答：轉(zhuǎn)化為硝酸的這部分NO為$\frac{4}{3}$mol．

點評 本題考查混合物計算、化學方程式計算，是對學生綜合能力的考查，明確發(fā)生的反應是關(guān)鍵，難度中等．