Question

【题目】工业上采用氨的催化氧化制备硝酸，其反应如下：

4NH3+5O2→4NO+6H2O

4NO+3O2+2H2O→4HNO3

设空气中氧气的体积分数为0.20，氮气的体积分数为0.80

(1)为使NH3恰好完全氧化为NO，氨﹣空气混合物中氨的体积分数为______

(2)1mol NH3完全转化HNO3，若在此过程中不补充水，则所得HNO3溶液的质量分数为______（保留2位小数）

(3)已知NH3完全转化NO的转化率为95%，由NO转化HNO3的转化率为92%．请计算用17吨NH3可制取质量分数为0.63的硝酸溶液______________吨？

(4)硝酸工业生产中的尾气可用纯碱溶液吸收，有关的化学反应为：

2NO2+Na2CO3→NaNO2+NaNO3+CO2↑ ①

NO+NO2+Na2CO3→2NaNO2+CO2↑ ②

若每生成1mol CO2，吸收溶液质量就增加40g．计算吸收液中NaNO2和NaNO3物质的量之比______________．

Answer 1

【答案】0.14 77.8% 87.4吨 3：1

【解析】

(1)氨气恰好完全氧化为一氧化氮，发生反应4NH3+5O2→4NO+6H2O，氨气和氧气物质的量之比为4：5，即氨气和空气物质的量之比为4:(5÷0.2)=4:25，由此可求出氨气的含量；

(2)由方程式可得反应总方程式：NH3+2O2=HNO3+H2O，为使1mol氨气恰好完全转化化为硝酸，所得硝酸溶液中HNO3与H2O的物质的量之比为1:1，由此可求出HNO3的质量分数；

(3)设用17吨NH3可制取质量分数为0.63的硝酸溶液质量是xmol，可利用N原子守恒建立关系式，NH3——HNO3，从而求出生成硝酸的质量；

(4)反应2NO2+Na2CO3=NaNO2+NaNO3+CO2↑，产生22.4L（标准状况下）CO2时，溶液质量增重△m=48g，反应NO+NO2+Na2CO3=2NaNO2+CO2↑，产生22.4L（标准状况下）CO2时，溶液质量增重△m=32g，实际溶液质量增重40g，上述两个反应都发生，然后设未知数，列方程求解。

(1)氨气恰好完全氧化为一氧化氮，发生反应4NH3+5O2→4NO+6H2O，氨气和氧气物质的量之比为4：5，即氨气和空气物质的量之比为4：(5÷0.2)=4：25，所以氨气所占体积分数即物质的量分数为=0.14，故答案为：0.14；

(2)由方程式可得反应总方程式：NH3+2O2=HNO3+H2O，为使1mol氨气恰好完全转化化为硝酸，所得硝酸溶液中HNO3与H2O的物质的量之比为1：1，故所得硝酸溶液质量分数=77.8%，故答案为：77.8%；

(3)设用17吨NH3可制取质量分数为0.63的硝酸溶液质量是xmol，则：

解得x=87.4t，故答案为：87.4t；

(4)反应2NO2+Na2CO3=NaNO2+NaNO3+CO2↑，产生22.4L（标准状况下）CO2时，溶液质量增重△m=48g，反应NO+NO2+Na2CO3=2NaNO2+CO2↑，产生22.4L（标准状况下）CO2时，溶液质量增重△m=32g，实际溶液质量增重40g，上述两个反应都发生，设由NO2与纯碱反应产生的CO2为amol，由NO和NO2与纯碱反应产生的CO2为bmol，则：a+b=1，48a+32b=40，解得a=b=0.5，所以n(NaNO2)：n(NaNO3)=(a+2b)：a=1.5:0.5=3:1，故答案为：3:1。