Question

13．硝酸与合成氨工业密切相关，氨氧化法是工业生产中制取硝酸的主要途径．
完成下列计算：
（1）合成氨时，假设100L的氮气与氢气（体积比为1：3）的混合气体通过氨合成塔充分反应后，体积变为90L，则氮气的转化率为20%．（写出计算过程，计算结果请用百分数表示）
（2）标准状况下，将500L氨气溶于1L水中形成氨水，则此氨水质量分数为27.5%．（写出计算过程，计算结果请用百分数表示，并保留1位小数）
（3）氨氧化法是将氨和空气的混合气通过灼热的铂铑合金网，在合金网的催化下，氨被氧化成一氧化氮（NO）．此时温度很高，水以水蒸气的形式存在，NO也不与O₂反应．若氨气与氧气物质的量之比为1：1.7时，氨的转化率可达95%，计算反应后NO的体积分数9.8%．（设氧气在空气中的体积分数为20%，写出计算过程，计算结果请用百分数表示并保留1位小数）
（4）一氧化氮继续氧化为二氧化氮，二氧化氮溶于水可得硝酸．为测定某18K金样品的组成，将2.832g样品粉碎后投入足量的浓硝酸中，充分溶解后，收集到NO₂和N₂O₄的混合气体224mL（折算至标准状况，下同），将该混合气体与84mL O₂混合后缓缓通入水中，恰好被完全吸收．（ 已知金不溶于浓硝酸）
填写该18K金的成分表（写出计算过程，计算结果请用百分数表示并保留1位小数，若不含该金属则填0）．

18K金成分	Au	Ag	Cu
含量（质量分数）	75%	11.44%	13.56%

Answer 1

分析 （1）根据反应方程式N₂+3H₂?2NH₃，根据体积的变化求反应的氮气的体积，然后根据转化率为=$\frac{变化量}{起始量}×100%$；
（2）n=$\frac{V}{{V}_{m}}$和m=nM，结合氨水质量分数为$\frac{氨的质量}{氨水的总质量}×100%$；
（3）由反应4NH₃+5O₂?4NO+6H₂O（g），设氧气的体积为1.7，所以空气体积为：8.5，氨气体积为1，氨的转化率可达95%，所以反应的氨气体积为0.95，由反应方程式可知生成一氧化氮的体积为0.95，增加的体积为：$\frac{0.95}{4}$=0.238，所以反应后NO的体积分数为：$\frac{0.95}{8.5+1+0.238}×100%$=9.8%；
（4）根据转移电子确定合金中的其它元素，再根据转移电子相等计算银的质量，从而确定银的质量分数，解银和铜的质量分数确定锌的质量分数．

解答 解：（1）根据反应方程式N₂+3H₂?2NH₃△V，
                     1               2
                    V变            100-90
所以V变=$\frac{100-90}{2}$=5L，
所以转化率为=$\frac{变化量}{起始量}×100%$=$\frac{5L}{100L×\frac{1}{4}}$=20%，
故答案为：20%；
（2）n=$\frac{V}{{V}_{m}}$=$\frac{500L}{22.4L/mol}$=22.32mol，所以m=nM=22.32mol×17g/mol=379.46g，所以氨水质量分数为：$\frac{379.46g}{379.46g+1000g}×100%$=27.5%，故答案为：27.5%；
（3）由反应4NH₃+5O₂?4NO+6H₂O（g），设氧气的体积为1.7，所以空气体积为：8.5，氨气体积为1，氨的转化率可达95%，所以反应的氨气体积为0.95，由反应方程式可知生成一氧化氮的体积为0.95，增加的体积为：$\frac{0.95}{4}$=0.238，所以反应后NO的体积分数为：$\frac{0.95}{8.5+1+0.238}×100%$=9.8%，故答案为：9.8%；
（4）合金中其它金属的质量=2.832g×（1-75%）=0.708g，
假设与硝酸反应的金属全部是银，则银的质量=$\frac{0.0038mol×4}{1}$=1.642g＞0.708g，
假设与硝酸反应的金属全部是铜，则铜的质量=$\frac{0.0038mol×2}{1}$=0.486g＜0.708g，
则合金中还有Cu和Ag，
设银的质量为m，则铜的质量=0.708-m，根据转移电子守恒得
$\frac{0.708-m}{64g/mol}$×2+$\frac{m}{108}$=0.0038mol×4，
m=0.324g，银的质量分数=$\frac{0.324g}{2.832g}$×100%=11.44%，
则铜的质量分数=25%-11.44%=13.56%，
故答案为：Ag：11.44%；Cu：13.56%．

点评 本题考查了物质的量的有关计算，根据物质之间的关系是解本题关键，注意差量在解题中的运用，注意（4）中合金中其它元素的确定方法，难度中等．