题目内容
工业合成氨与制备硝酸一般可连续生产，流程如图1：
在800℃、铂催化剂存在条件下，氨与氧气反应的主要产物是NO 和H2O．在实际生产中氨的氧化率与混合气中氧氨比（氧气与氨气物质的量比，以γ{n（O2）/n（NH3）}表示）的关系如图2所示．
请回答下列各题：
（1）若氨氧化率达到100%，理论上γ{n（O2）/n （NH3）}为1.25，而实际生产要将γ值维持在1.7～2.2之间，其原因是______．
（2）若使氨的氧化率达到95%，应控制氨在氨、空气混合气体中的体积分数约为______
（设氧气占空气的体积分数为20%）．将γ=1.75的氨、空气混合气体通入800℃、盛有铂催化剂的氧化炉，充分反应后导入到吸收塔的气体的主要成分是______．
（3）现以a mol NH3和足量空气为原料（不考虑N2的反应）最大程度制取NH4NO3，经过一系列转化反应后，向反应后的混合物中加入b g水，得到密度为ρ g?mL-1的溶液，计算该溶液中NH4NO3物质的量浓度可能的最大值______．
【答案】分析：（1）从如何降低成本还能提高氨气的转化率角度考虑；
（2）根据n（O2）/n （NH3）=1.7及空气中氧气约占空气体积的20%计算；γ=1.75的氨、空气混合气体，氧气足量，反应生成气体主要是二氧化氮和水，空气中的氮气不反应；
（3）依据题意，最大程度的生成硝酸铵，求出氨气催化氧化的物质的量，计算出生成硝酸铵的物质的量浓度．
解答：解：（1）由于一方面提高氧气量，增大氨的氧化率；另方面γ值在该范围，氨的氧化率已高达95～99%，再提高，氨的氧化率上升空间已有限，反而会增加能耗，提高生产成本，所以而实际生产要将γ值维持在1.7～2.2之间，
故答案为：一方面提高氧气量，增大氨的氧化率；另方面γ值在该范围，氨的氧化率已高达95～99%，再提高，氨的氧化率上升空间已有限，反而会增加能耗，提高生产成本；
（2）氨的氧化率达到95%，γ{n（O2）/n （NH3）}=1.7，设氨气的物质的量是xmol，n（O2）=1.7xmol，空气的物质的量是：1.7xmol×5=8.5xmol，
氨气的体积分数是：
×100%=10.5%，
由于空气足量，一氧化氮完全转化成了二氧化氮，吸收塔中气体主要成分是N2、NO2、H2O，
故答案为：10.5%； N2、NO2、H2O；
（3）设a mol NH3中有x mol用于生产硝酸，其余（a-x） mol NH3跟生成的硝酸恰好完全反应生成NH4NO3．
由4NH3+5O2═4NO+6H2O，4NO+3O2+2H2O═4HNO3得
NH3+2O2 ═HNO3+H2O NH3 +HNO3═NH4NO3
x mol x mol x mol （a-x）mol x mol
依题意，最大程度制取NH4NO3，则应该满足（a-x）=x，
解得 x=0.5a，
所以，硝酸的物质的量浓度是：c（NH4NO3）═
=
mol?L-1
故答案为：
mol?L-1 ．
点评：本题考查了工业合成氨的条件选择、生成硝酸物质的量浓度的计算等知识，题目综合性较强，难度中等．
（2）根据n（O2）/n （NH3）=1.7及空气中氧气约占空气体积的20%计算；γ=1.75的氨、空气混合气体，氧气足量，反应生成气体主要是二氧化氮和水，空气中的氮气不反应；
（3）依据题意，最大程度的生成硝酸铵，求出氨气催化氧化的物质的量，计算出生成硝酸铵的物质的量浓度．
解答：解：（1）由于一方面提高氧气量，增大氨的氧化率；另方面γ值在该范围，氨的氧化率已高达95～99%，再提高，氨的氧化率上升空间已有限，反而会增加能耗，提高生产成本，所以而实际生产要将γ值维持在1.7～2.2之间，
故答案为：一方面提高氧气量，增大氨的氧化率；另方面γ值在该范围，氨的氧化率已高达95～99%，再提高，氨的氧化率上升空间已有限，反而会增加能耗，提高生产成本；
（2）氨的氧化率达到95%，γ{n（O2）/n （NH3）}=1.7，设氨气的物质的量是xmol，n（O2）=1.7xmol，空气的物质的量是：1.7xmol×5=8.5xmol，
氨气的体积分数是：
×100%=10.5%，由于空气足量，一氧化氮完全转化成了二氧化氮，吸收塔中气体主要成分是N2、NO2、H2O，
故答案为：10.5%； N2、NO2、H2O；
（3）设a mol NH3中有x mol用于生产硝酸，其余（a-x） mol NH3跟生成的硝酸恰好完全反应生成NH4NO3．
由4NH3+5O2═4NO+6H2O，4NO+3O2+2H2O═4HNO3得
NH3+2O2 ═HNO3+H2O NH3 +HNO3═NH4NO3
x mol x mol x mol （a-x）mol x mol
依题意，最大程度制取NH4NO3，则应该满足（a-x）=x，
解得 x=0.5a，
所以，硝酸的物质的量浓度是：c（NH4NO3）═
=
mol?L-1故答案为：
mol?L-1 ．点评：本题考查了工业合成氨的条件选择、生成硝酸物质的量浓度的计算等知识，题目综合性较强，难度中等．
练习册系列答案
第1卷单元月考期中期末系列答案
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（3）NH3和O2在铂系催化剂作用下从145℃就开始反应：4NH3（g）+5O2（g）?4NO（g）+6H2O（g）△H=-905kJ?mol-1，不同温度下NO产率如右图所示．温度高于900℃时，NO产率下降的原因
（3）N2和H2在铁作催化剂作用下从145℃就开始反应，不同温度下NH3产率如图所示．温度高于900℃时，NH3产率下降的原因
工业合成氨与制备硝酸一般可连续生产，流程如图：
（1）工业生产时，制取氢气的一个反应为：CO（g）+H2O（g）?CO2（g）+H2（g）．t℃时，往10L密闭容器中充入2mol CO和3mol水蒸气．反应建立平衡后，体系中c（H2）=0.12mol?L-1．则该温度下此反应的平衡常数K= （填计算结果）．
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（4）用氨气氧化可以生产硝酸，但尾气中的NOx会污染空气．目前科学家探索利用燃料气体中的甲烷等将氮的氧化物还原为氮气和水，反应机理为：
CH4（g）+4NO2（g）═4NO（g）+CO2（g）+2H2O（g）△H=-574kJ?mol-1
CH4（g）+4NO（g）═2N2（g）+CO2（g）+2H2O（g）△H=-1160kJ?mol-1
则甲烷直接将NO2还原为N2的热化学方程式为 ．
（5）某研究小组在实验室以“Ag-ZSM-5”为催化剂，测得将NO转化为N2的转化率随温度变化情况如下图．据图分析，若不使用CO，温度超过775℃，发现NO的转化率降低，其可能的原因为 ；在
=1的条件下，应控制的最佳温度在 左右．
（1）工业生产时，制取氢气的一个反应为：CO（g）+H2O（g）?CO2（g）+H2（g）．t℃时，往10L密闭容器中充入2mol CO和3mol水蒸气．反应建立平衡后，体系中c（H2）=0.12mol?L-1．则该温度下此反应的平衡常数K=
（2）合成塔中发生反应N2（g）+3H2（g）?2NH3（g）△H＜0．下表为不同温度下该反应的平衡常数．由此可推知，表中T1
| T/℃ | T1 | 300 | T2 |
| K | 1.00×107 | 2.45×105 | 1.88×103 |
（4）用氨气氧化可以生产硝酸，但尾气中的NOx会污染空气．目前科学家探索利用燃料气体中的甲烷等将氮的氧化物还原为氮气和水，反应机理为：
CH4（g）+4NO2（g）═4NO（g）+CO2（g）+2H2O（g）△H=-574kJ?mol-1
CH4（g）+4NO（g）═2N2（g）+CO2（g）+2H2O（g）△H=-1160kJ?mol-1
则甲烷直接将NO2还原为N2的热化学方程式为
（5）某研究小组在实验室以“Ag-ZSM-5”为催化剂，测得将NO转化为N2的转化率随温度变化情况如下图．据图分析，若不使用CO，温度超过775℃，发现NO的转化率降低，其可能的原因为
| n(NO) |
| n(CO) |
