Question

已知：4NH₃+5O₂ 

催化劑

△

 4NO+6H₂O，4NO+3O₂+2H₂O→4HNO₃
設(shè)空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)為0.20，氮?dú)獾捏w積分?jǐn)?shù)為0.80．
（1）a mol NO完全轉(zhuǎn)化為HNO₃理論上需要氧氣

 

 mol．
（2）為使NH₃恰好完全氧化為NO，氨-空氣混合氣體中氨的體積分?jǐn)?shù)（用小數(shù)表示）為

 

（保留2位小數(shù)）．
（3）20.0mol NH₃用空氣氧化，產(chǎn)生混合物的組成為：NO 18.0mol、O₂ 12.0mol、N₂ 150.0mol和一定量硝酸，以及其他成分（高溫下NO與O₂不化合）．計(jì)算氨轉(zhuǎn)化為NO和HNO₃的總轉(zhuǎn)化率．

 

（4）20.0mol NH₃和一定量空氣充分反應(yīng)后，再轉(zhuǎn)化為硝酸．通過計(jì)算，在圖中畫出HNO₃的物質(zhì)的量n（A）和空氣的物質(zhì)的量n（B）關(guān)系的理論曲線．

Answer 1

考點(diǎn)：化學(xué)方程式的有關(guān)計(jì)算,氮的氧化物的性質(zhì)及其對(duì)環(huán)境的影響

專題：計(jì)算題

分析：（1）根據(jù)一氧化氮和氧氣完全轉(zhuǎn)化為HNO₃的關(guān)系式計(jì)算；
（2）使NH₃恰好完全氧化為NO，根據(jù)氨氣計(jì)算需要氧氣的量，再根據(jù)體積分?jǐn)?shù)公式進(jìn)行計(jì)算；
（3）根據(jù)反應(yīng)過程中氮?dú)獾牧坎蛔冞M(jìn)行計(jì)算，算出生成硝酸的物質(zhì)的量，再根據(jù)原子守恒計(jì)算轉(zhuǎn)化率；
（4）采用極限法找出氨氣、空氣和硝酸的關(guān)系，并畫出硝酸和空氣的關(guān)系圖象．

解答： 解：（1）設(shè)需要氧氣的物質(zhì)的量為x，
4NO+2H₂O+3O₂=4HNO₃
4mol     3mol
amol     x
x=

3a

4

mol=0.75amol，則需要氧氣的物質(zhì)的量為0.75a mol，
故答案為：0.75a；
（2）根據(jù)氨氣被氧氣恰好完全氧化為NO的方程式，可假設(shè)氨氣的體積是4L，設(shè)需要空氣的體積為y，
4NH₃+5O₂

催化劑 .

△

4NO+6H₂O
4    5
4L  0.20y            
y=

4×5

4×0.20

L=25L，氨-空氣混合物中氨的體積分?jǐn)?shù)=

4L

4L+25L

≈0.14，
故答案為：0.14；
（3）設(shè)生成x mol HNO₃，空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)為0.20，氮?dú)獾捏w積分?jǐn)?shù)為0.80，空氣中氮?dú)獾牧渴茄鯕獾?倍，4（2x+18.0×

5

4

+12.0）=150.0，解得：x=1.5（mol），根據(jù)氮原子守恒，NH₃的轉(zhuǎn)化為HNO₃的轉(zhuǎn)化率=

1.5mol

20.0mol

×100%=7.5%； NH₃的轉(zhuǎn)化為NO的轉(zhuǎn)化率=

18.0+1.5

20

×100%=97.5%，
故答案為：氨轉(zhuǎn)化為NO和HNO₃的轉(zhuǎn)化率分別是7.5%和97.5%；
（4）4NH₃+5O₂

催化劑 .

△

4NO+6H₂O①，4NO+3O₂ +2H₂O=4HNO₃②，將

①+②

2

得：NH₃+2O₂=H₂O+HNO₃③，由①③知，當(dāng)

n(O2)

n(NH3)

≤

5

4

，即

n(空氣)

n(NH3)

≤

25

4

時(shí)無(wú)硝酸生成，此時(shí)20.0mol氨氣所需空氣量為：

5

4

×20.0mol=125mol；
當(dāng)

5

4

≤

n(O2)

n(NH3)

≤

2

1

，即

25

4

≤

n(空氣)

n(NH3)

≤

10

1

，時(shí)有硝酸生成，此時(shí)20.0mol氨氣所需空氣量為10×20.0mol=200mol，生成硝酸的物質(zhì)的量是20mol，所以HNO₃的物質(zhì)的量n（A）和空氣的物質(zhì)的量n （B）關(guān)系的理論曲線為，
答：HNO₃的物質(zhì)的量n（A）和空氣的物質(zhì)的量n（B）關(guān)系的理論曲線為．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了氧化還原反應(yīng)的計(jì)算，難點(diǎn)是計(jì)算轉(zhuǎn)化率，明確氮?dú)夂脱鯕獾年P(guān)系是解本題的關(guān)鍵，結(jié)合原子守恒來(lái)分析解答，題目難度較大．