Question

15．工业上采用氨的催化氧化制备硝酸，起反应如下：
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0.14
（2）1mol NH₃完全转化HNO₃，若在次过程中不补充水，则所得HNO₃溶液的质量分数为77.8%（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的硝酸溶液多少吨？
（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：
2NO+Na₂CO₃→NaNO₂+NaNO₃+CO₂↑     ①
NO+NO₂+Na₂CO₃→2NaNO₂+CO₂↑        ②
若每生产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

分析 （1）氨的催化氧化反应为：4NH₃+5O₂→4NO+6H₂O 氨气恰好完全氧化为一氧化氮时氨气和氧气的反应比为4：5，空气中氧气的体积分数为0.20，氮气体积分数为0.80，把氧气转化为空气的体积，即可求得氨气与空气的混合气中，氨气的体积分数；
（2）根由方程式可得反应总方程式：NH₃+2O₂=HNO₃+H₂O，所得硝酸溶液中HNO₃与H₂O的物质的量之比为1：1，再结合质量分数定义计算；
（3）根据关系式：NH₃～HNO₃，结合制备硝酸和消耗氨气物质的量之间的关系进行计算；
（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，列方程计算解答．

解答 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$\frac{4}{29}$=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=$\frac{1mol×63g/mol}{1mol（63g/mol+18g/mol）}$×100%=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：
NH₃～～～～～～～～～～～HNO₃，
17                      63
17t×95%×92%         0.63x
解得x=87.4t，
答：用17吨NH₃可制取质量分数为0.63的硝酸溶液87.4吨；
（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，答：吸收液中NaNO₂和NaNO₃物质的量之比是3：1．

点评 本题考查氧化还原反应以及混合物计算、化学方程式计算，注意对差量法的理解与应用，难度中等．