Question

工業(yè)上用氨氣與空氣的混合氣在一定條件下制硝酸，發(fā)生的反應是：
①4NH₃+5O₂→4NO+6H₂O
②4NO+3O₂+2H₂O→4HNO₃
設空氣中氧氣的體積分數(shù)為0.20，氮氣體積分數(shù)為0.80，請完成下列填空及計算：
（1）為使氨氣恰好完全氧化為一氧化氮，氨氣與空氣的混合氣中氨的體積分數(shù)（用小數(shù)表示）為______（保留2位小數(shù)）．
（2）現(xiàn)將1mol的氨氣與12mol的空氣混合反應，可得到硝酸______mol；
（3）向上述溶液中加入______mL 20%的硝酸（密度為1.11g/mL），才能得到69%的硝酸溶液．
（4）現(xiàn)有100mol的原料氣，其中含氨氣為xmol，反應后生成的硝酸ymol．在得到硝酸的條件下，寫出x與y的關系式．（寫出解題過程）

Answer 1

【答案】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）題中給出條件，1mol的氨氣全部反應需要氧氣1.25mol，12mol空氣中根據(jù)生成硝酸的反應過程，結合化學方程式的定量關系，即可求得生成硝酸的物質的量；
（3）根據(jù)反應①+②可得NH₃+2O₂=HNO₃+H₂O；所得溶液為生成的硝酸和水，溶液中硝酸物質的量和加入硝酸物質的量之和為69%的硝酸溶液中所含硝酸溶質的物質的量，列式計算得出；
（4）氨氣在原料氣中為xml，則空氣為（100-x）ml，氧氣為（100-x）ml，若只發(fā)生①4NH₃+5O₂→4NO+6H₂O，無硝酸生成，氨氣與氧氣按4：5反應；若恰好發(fā)生反應NH₃+2O₂=HNO₃+H₂O，則全部生成硝酸，氨氣與氧氣按1：2反應；然后討論在不同范圍內的反應比不同，產(chǎn)物不同，計算得出；
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，氨氣和氧氣物質的量之比為4：5，即氨氣和空氣物質的量之比為4：（5÷0.2）=4：25，所以氨氣所占體積分數(shù)即物質的量分數(shù)為=0.14，故答案為：0.14；
（2）將1mol的氨氣與12mol的空氣混合反應，12mol空氣中含氧氣2.4mol，根據(jù)NH₃+2O₂=HNO₃+H₂O可知氨氣全部轉化為硝酸，氧氣過量，因此生成1molHNO₃，1molH₂O，故答案為：1；
（3）上述反應得到的硝酸溶液為1molHNO₃，1molH₂O，質量為81g，根據(jù)溶液中硝酸物質的量和加入硝酸物質的量之和為69%的硝酸溶液中所含硝酸溶質的物質的量，列式計算：設加入20%的硝酸體積為v，則根據(jù)溶質相等得63+v?1.11×20%=（81+v?1.11）×69%，解得v=13.07ml，故答案為：13.07；
（4）100ml混合氣體中氨氣為xmol，空氣為（100-x）ml，氧氣為0.2×（100-x）ml；
若按反應4NH₃+5O₂→4NO+6H₂O進行，無硝酸生成，氨氣與氧氣按照4：5反應，則4：5=x：0.2×（100-x），x=；
若恰好按反應NH₃+2O₂=HNO₃+H₂O進行，氨氣全部轉化為硝酸，氨氣和氧氣按照1：2進行，則1：2=x：0.2×（100-x），
x=；
討論：①當x≤時只發(fā)生4NH₃+5O₂→4NO+6H₂O，無硝酸生成；
②當x≥，氨氣全部生成硝酸；
③當≤x≤時，發(fā)生反應4NH₃+5O₂→4NO+6H₂O，剩余的氧氣再發(fā)生反應4NO+3O₂+2H₂O→4HNO₃，根據(jù)反應4NH₃+5O₂→4NO+6H₂O求的xmolNH₃需要氧氣x，剩余氧氣0.2×（100-x）-x，根據(jù)反應4NO+3O₂+2H₂O→4HNO₃，3O₂～4HNO₃，得到3：4=[0.2×（100-x）-x]：y，計算得：y=-；
答：①x≤，y=x  
②＜x＜，y=-．
點評：本題考查了硝酸的工業(yè)制備原理，反應過程中量不同產(chǎn)物不同，不同范圍內產(chǎn)物的判斷，有關化學方程式的計算．