Question

7．已知空气中含有20%的氧气和80%的氮气（体积百分比，空气中其它成分忽略），请完成下列填空及计算：
（1）2mol NO₂完全转化为HNO₃需要O₂分子的数目为9.03×10²³．
（2）NH₃催化氧化可以转化为NO，为使NH₃恰好完全氧化为一氧化氮，氨-空气混合物中氨的体积分数为0.14（保留2位有效数字）
（3）6mol的NH₃用空气氧化，反应后混合物的组成为：NO 4mol、O₂ 2mol、N₂ 40mol和一定量的硝酸，以及其它成分（高温下NO和O₂不反应，其它成分中不含氧化物），计算氨转化为NO和HNO₃的总转化率NO转化率为91.7%；HNO₃的转化率为7.5%（写出过程及结果）

Answer 1

分析 （1）根据方程式二氧化氮和氧气的关系式计算；
（2）根据氨气计算需要氧气的量，再根据体积分数公式进行计算；
（3）根据反应过程中氮气的量不变进行计算，算出生成硝酸的物质的量，再根据原子守恒计算转化率

解答 解：（1）设需要氧气的物质的量为x，
4NO₂+2H₂O+3O₂=4HNO₃
4                   3
2mol             x
x=1.5 mol，
N（O₂）=n（O₂）×N_A=1.5×6.02×10²³=9.03×10²³，
故2mol NO₂完全转化为HNO₃需要O₂分子的数目为9.03×10²³；
（2）假设氨气的体积是4L，设需要空气的体积为y，
4NH₃+5O₂ $\frac{\underline{\;高温、高压\;}}{催化剂}$4NO+6H₂O
4          5
4L      0.20y
y=$\frac{4×5}{4×0.2}$L=25L，
氨-空气混合物中氨的体积分数=$\frac{4L}{4L+25L}$=0.14，
故答案为：0.14；
（3）4NH₃+5O₂$\frac{\underline{\;\;催化剂\;\;}}{高温高压}$4NO+6H₂O
          4         5                   4
        4NO+2H₂O+3O₂=4HNO₃
       4NH₃～8O₂～4HNO₃        
设生成y mol HNO₃
4×（2y+4×$\frac{5}{4}$+2）=40
y=1.5mol
根据氮原子守恒，NH₃的转化为HNO₃的转化率=$\frac{1.5mol}{20mol}$×100%=7.5%
NH₃的转化为NO的转化率=$\frac{4+1.5}{6}$×100%=91.7%，
故答案为：氨转化为NO和HNO₃的转化率分别是91.7%和7.5%．

点评 本题考查了氧化还原反应的计算，难点是计算转化率，明确氮气和氧气的关系是解本题的关键，结合原子守恒来分析解答，难度较大