题目内容
某化肥厂生产硝酸铵过程如下：原料气
硝酸
硝酸铵
其中反应②为：4NO+3O2+2H2O═4HNO3，原料气为氨气和空气的混合物，假设空气中氧气的体积分数为0.2．
（1）写出反应①的化学方程式 ．
（2）若不考虑副反应且各步反应均完全，为使生产过程中不再补充空气，则原料气中制备硝酸的氨气（包含第③步被硝酸吸收的氨气）的体积分数最大值为 ．
（3）若实际生产中，反应①、②中含氮物质的利用率分别为a、b，反应③中氨的利用率为c、硝酸的利用率为100%，则生产硝酸的氨气占所用氨气总量的体积分数为多少？在合成硝酸铵的全流程中，氨气的总利用率为多少？（请写出该小题的计算过程）
| ① |
| ② |
| ③ |
其中反应②为：4NO+3O2+2H2O═4HNO3，原料气为氨气和空气的混合物，假设空气中氧气的体积分数为0.2．
（1）写出反应①的化学方程式
（2）若不考虑副反应且各步反应均完全，为使生产过程中不再补充空气，则原料气中制备硝酸的氨气（包含第③步被硝酸吸收的氨气）的体积分数最大值为
（3）若实际生产中，反应①、②中含氮物质的利用率分别为a、b，反应③中氨的利用率为c、硝酸的利用率为100%，则生产硝酸的氨气占所用氨气总量的体积分数为多少？在合成硝酸铵的全流程中，氨气的总利用率为多少？（请写出该小题的计算过程）
考点：化学方程式的有关计算,工业制取硝酸
专题：计算题,元素及其化合物
分析：（1）反应①为氨气催化氧化生成NO与水；
（2）整个过程包括这样几步反应：4NH3+5O2
4NO+6H2O①、4NO+3O2+2H2O=4HNO3 ②、NH3+HNO3=NH4NO3 ③，将①+②+③×4可得：2NH3+2O2=NH4NO3 +H2O，由总方程式可得n（NH3）：n（O2）=1：1，结合氧气的体积分数计算；
（3）制备的硝酸与剩余的氨气反应生成硝酸铵，二者物质的量之比为1：1，令氨气总量为1mol，设生产硝酸的氨气占所用氨气总量的体积分数为x，则生成硝酸铵的氨气的物质的量为（1-x）mol，根据氮元素守恒计算生成硝酸的物质的量，据此列方程计算．
根据氮原子守恒和含氮物质的利用率进行解答，再结合氨气和硝酸反应之间的关系式进行解答即可．
（2）整个过程包括这样几步反应：4NH3+5O2
| ||
| △ |
（3）制备的硝酸与剩余的氨气反应生成硝酸铵，二者物质的量之比为1：1，令氨气总量为1mol，设生产硝酸的氨气占所用氨气总量的体积分数为x，则生成硝酸铵的氨气的物质的量为（1-x）mol，根据氮元素守恒计算生成硝酸的物质的量，据此列方程计算．
根据氮原子守恒和含氮物质的利用率进行解答，再结合氨气和硝酸反应之间的关系式进行解答即可．
解答：
解：（1）反应①为氨气催化氧化生成NO与水，方程式为：4NH3+5O2
4NO+6H2O，
故答案为：4NH3+5O2
4NO+6H2O；
（2）整个过程包括这样几步反应：4NH3+5O2
4NO+6H2O①、4NO+3O2+2H2O=4HNO3 ②、NH3+HNO3=NH4NO3 ③，将①+②+③×4可得：2NH3+2O2=NH4NO3 +H2O，由总方程式可得n（NH3）：n（O2）=1：1，空气中氧气的体积分数为0.2，推知V（NH3）：V（空气）=1：5，则原料气中氨（包括第③步被硝酸吸收的氨）的体积分数最大值为
=
，
故答案为：
；
（3）令氨气总量为1mol，设生产硝酸的氨气占所用氨气的物质的量为x，则生成硝酸铵的氨气的物质的量为（1-x）mol，反应①、②中含氮物质的利用率分别为a、b，反应③中氨的利用率为c，硝酸的利用率为100%，则根据氮元素守恒NH3～NO～NHNO3，故可得硝酸的物质的量为abx mol，制备的硝酸与剩余的氨气反应生成硝酸铵，二者物质的量之比为1：1，则abx mol=（1-x）cmol，解得x=
，
假设消耗NH3的总物质的量为1mol，其中用于制取HNO3的NH3的物质的量为ymol，被HNO3吸收的NH3的物质的量为zol，反应①、②中生成的硝酸为abymol，NH3+HNO3=NH4NO3 ，aby=cz，则：y+z=1、aby=cz，解得：y=
，z=
，氨的总利用率=
=
，
答：生产硝酸的氨气占所用氨气总量的体积分数为
；氨气的总利用率为
．
| ||
| △ |
故答案为：4NH3+5O2
| ||
| △ |
（2）整个过程包括这样几步反应：4NH3+5O2
| ||
| △ |
| 1 |
| 1+5 |
| 1 |
| 6 |
故答案为：
| 1 |
| 6 |
（3）令氨气总量为1mol，设生产硝酸的氨气占所用氨气的物质的量为x，则生成硝酸铵的氨气的物质的量为（1-x）mol，反应①、②中含氮物质的利用率分别为a、b，反应③中氨的利用率为c，硝酸的利用率为100%，则根据氮元素守恒NH3～NO～NHNO3，故可得硝酸的物质的量为abx mol，制备的硝酸与剩余的氨气反应生成硝酸铵，二者物质的量之比为1：1，则abx mol=（1-x）cmol，解得x=
| c |
| ab+c |
假设消耗NH3的总物质的量为1mol，其中用于制取HNO3的NH3的物质的量为ymol，被HNO3吸收的NH3的物质的量为zol，反应①、②中生成的硝酸为abymol，NH3+HNO3=NH4NO3 ，aby=cz，则：y+z=1、aby=cz，解得：y=
| c |
| ab+c |
| ab |
| ab+c |
| yab+cz |
| 1 |
| 2abc |
| ab+c |
答：生产硝酸的氨气占所用氨气总量的体积分数为
| c |
| ab+c |
| 2abc |
| ab+c |
点评：本题考查了根据方程式进行计算，明确物质之间的反应及物质的利用率来分析解答，注意结合原子守恒解答，难度中等．
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| ||||||
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