题目内容

【题目】硝酸是重要的化工原料,工业上用氨催化氧化法生产硝酸,反应如下:

①氧化炉:4NH3+5O2=4NO+6H2O

②吸收塔:4NO+3O2+2H2O=4HNO3

设空气中氧气的体积分数为0.20,氮气体积分数为0.80。完成下列计算:

(1)1mol NH3完全转化为NO至少需要空气______mol。工业上先将氨气和空气混合好,在氧化炉反应后直接通入吸收塔中用冷水吸收,为了确保吸收效果,第②步反应要求氧气至少过量20%,计算起始时空气与氨气的体积比至少为______

(2)硝酸工业产生的氮氧化物尾气(NONO2),可用烧碱吸收,反应如下:

NO+NO2+2NaOH=2NaNO2+H2O

2NO2+2NaOH=NaNO3+NaNO2+H2O

现有含0.5mol氮氧化物的尾气,用8mol/LNaOH溶液完全吸收,吸收后的溶液中c(OH):c(NO2)c(NO3)=5:4:1。所用NaOH溶液的体积为______mL。若将尾气中NONO2的平均组成记为NOx,则x=______

(3)工业上用硝酸与氨气反应制取硝酸铵:HNO3+NH3=NH4NO3,反应时NH3的吸收率为97%,硝酸的利用率为98%。在用氨气制取硝酸时,氨气的利用率为90%。计算生产80吨的硝酸铵共需氨气__吨?(保留1位小数)

【答案】6.25 10.75 125 1.7 36.8

【解析】

(1)4NH3+5O2→4NO+6H2O,可知1mol NH3完全转化为NO需要氧气物质的量为1mol×=1.25mol,空气中氧气含量为0.2,需要空气最少物质的量为1.25mol÷0.2=6.25mol
N原子守恒可知1mol氨气得到NO1mol,由4NO+3O2+2H2O→4HNO3可知,第二步反应中消耗氧气为1mol×=0.75mol,则第一步反应后剩余氧气物质的量0.75mol×(1+20%)=0.9mol,故需要氧气总体积为(1.25mol+0.9mol)=2.15mol,故需要空气物质的量为2.15mol÷0.2=10.75mol,则起始时空气与氨气的体积比至少为10.75mol1mol=10.75
(2)反应后溶液中c(OH-)c(NO2-)c(NO3-)=541,由N原子守恒可知,n(NaNO2)=0.5mol×=0.4moln(NaNO3)=0.5mol×=0.1mol,则n(NaOH)=5n(NaNO3)=0.5mol,根据钠离子守恒可知n(NaOH)=n(NaOH)+n(NaNO3)+n(NaNO2)=0.5mol+0.1mol+0.4mol=1mol,故NaOH溶液体积为=0.125L,即为125mL

根据方程式2NO2+2NaOH=NaNO2+NaNO3+H2O可知生成0.1mol NaNO3需要0.2mol NO2,同时产生0.1mol NaNO2,根据方程式NO+NO2+2NaOH=2NaNO2+H2O可知生成0.4mol-0.1mol=0.3mol NaNO2需要0.15molNO0.15mol NO2,故NO0.15molNO20.35mol
则混合物中NO原子数目之比为0.5mol(0.15mol+0.35mol×2)=11.7,则x=1.7
(3)整个过程中氨气有2部分作用,一是制备硝酸,由N元素守恒可得关系式NH3HNO3,二是与硝酸反应得到NH4NO3,由方程式可知实际利用的氨气与硝酸物质的量相等,二者质量之比为1763
生产80吨的硝酸铵时,参加反应氨气为80×=17吨,需要硝酸为80-17=63吨,
合成NH4NO3NH3的吸收率为97%,故投入的氨气17÷97%=17.53吨,
设合成硝酸需要氨气为m,则:

所以1763=m×90%×98%63吨,解得m=19.27吨,故需要氨气总质量为17.53+19.27=36.8吨。

练习册系列答案
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【题目】某探究小组设计如图所示装置(夹持、加热仪器略),模拟工业生产进行制备三氯乙醛(CCl3CHO)的实验。查阅资料,有关信息如下:

①制备反应原理:C2H5OH+4Cl2→CCl3CHO+5HCl,可能发生的副反应:C2H5OH+HCl→C2H5Cl+H2OCCl3CHO+HClO→CCl3COOH(三氯乙酸)+HCl

②相关物质的部分物理性质:

C2H5OH

CCl3CHO

CCl3COOH

C2H5Cl

熔点/℃

114.1

57.5

58

138.7

沸点/℃

78.3

97.8

198

12.3

溶解性

与水互溶

可溶于水、乙醇

可溶于水、乙醇

微溶于水,可溶于乙醇

(1)仪器 A 中发生反应的化学方程式是__________;装置B中的试剂是______

(2)若撤去装置C,可能导致装置D中副产物_________ (填化学式)的量增加;装置D可采用__________加热的方法以控制反应温度在70℃左右。

(3)反应结束后,有人提出先将D中的混合物冷却到室温,再用过滤的方法分离出CCl3COOH。你认为此方案是否可行,为什么?____________

(4)装置E中盛有NaOH溶液,写出该装置中所有可能发生的无机反应的离子方程式:_______________

(5)测定产品纯度:称取产品0.30g配成待测溶液,加入0.1000mol·L1 碘标准溶液20.00mL,再加入适量 Na2CO3溶液,反应完全后,加盐酸调节溶液的pH,立即用0.02000mol·L1Na2S2O3溶液滴定至终点。进行平行实验后,测得消耗Na2S2O3溶液20.00mL。则产品的纯度为________(CCl3CHO的相对分子质量为147.5) 滴定的反应原理:CCl3CHO+OH = CHCl3+HCOO HCOO +I2 =H+ + 2I- + CO2I2 + 2S2O32 = 2I- +S4O62

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