Question

某化肥厂生产硝酸铵的过程如下：

其中反应②为：4NO+3O₂+2H₂O====4HNO₃，原料气为氨气和空气的混合物，假设空气中氧气的体积分数为0.2。

（1）写出反应①的化学方程式____________________________________________________。

（2）若不考虑副反应且各步反应均完全，为使生产过程中不再补充空气，则原料气中制备硝酸的氨气（不包含第③步被硝酸吸收的氨气）的体积分数最大值为__________。

（3）若实际生产中，反应①、②、③的转化率（或利用率）分别为a、b、c，则生产硝酸的氨气占所用氨气总量的体积分数为多少？在合成硝酸铵的全流程中，氨气的总利用率为多少？（请写出该小题的计算过程）

Answer 1

(1)4NH₃+5O₂4NO+6H₂O

(2)0.091  (3)1/（1+ab）  2abc/（1+ab）

解析：(2)可将①、②两步反应加和，即得NH₃+2O₂ ====HNO₃+H₂O，设NH₃为1体积，则O₂为2体积，空气为10体积，由此求出NH₃的体积分数为1/11，即0.091。

(3)令用于生产硝酸的为1体积，则生成硝酸ab体积，也即与硝酸反应的NH₃为ab体积。用于生产硝酸的氨占所用氨气总量的体积分数为1/（1+ab）。

在①②③反应中，用于生产硝酸的氨的利用率为abc，设其起始量为1 mol，则生成硝酸abc mol，与硝酸反应的NH₃为ab mol，与硝酸反应的利用率为c，则用于生产硝酸铵的氨也为abc mol。故氨的利用率为2abc/（1+ab）。