Question

9．已知空气组成（ 体积分数 ） N₂  0.800      O₂  0.200
氨空气氧化后的混合气体组成如下（ 高温下NO与O₂可以共存 ）
NO  16mol     O₂ 7.00mol      H₂O  24.5mol       N₂  112mol
完成下列计算：
（1）该混合气体中NO全部转化为HNO₃ 需要5摩尔O₂．
（2）参加反应的空气的体积是3136升．（ 标准状况下 ）
（3）向该混合气体中添加空气使NO完全转化为HNO₃，转化后剩余气体中（不含H₂O）氧气体积分数为0.0500．添加空气多少摩尔？
（4）该混合气体的组成表明NH₃氧化产生的NO超过16mol，有部分NO已和O₂、H₂O反应转化为HNO₃．这部分NO是多少摩尔？

Answer 1

分析 （1）NO完全转化为硝酸，发生反应：4NO+3O₂ +2H₂O=4HNO₃，据此计算需要氧气总物质的量，减去混合气体中氧气物质的量即为需要加入的氧气；
（2）氮气不参加反应，结合氮气体积分数计算通入空气体积；
（3）剩余气体为氮气、氧气混合气体，假设需要通入空气为xmol，表示混转化后氮气物质的量，根据方程式计算参加反应氧气物质的量，进而表示出剩余氧气物质的量，利用体积分数列方程计算；
（4）反应过程中氮气的量不变，结合氮气体积分数计算原空气中氧气物质的量，根据4NH₃+5O₂$\frac{\underline{催化剂}}{△}$4NO+6H₂O计算参加反应的氧气，计算反应4NO+3O₂ +2H₂O=4HNO₃中消耗的氧气，进而计算转化为HNO₃的NO．

解答 解：（1）NO完全转化为硝酸，发生反应：4NO+3O₂ +2H₂O=4HNO₃，需要氧气总物质的量为16mol×$\frac{3}{4}$=12mol，减去混合气体中氧气物质的量即为需要加入的氧气，故需要加入的氧气为12mol-7mol=5mol，故答案为：5；
（2）氮气不参加反应，N₂ 的体积分数为0.800，故通入空气体积为$\frac{112mol}{0.8}$×22.4L/mol=3136L，故答案为：3136；
（3）剩余气体为氮气、氧气混合气体，假设需要通入空气为xmol，表示混转化后氮气物质的量为112mol+0.8x mol，4NO+3O₂ +2H₂O=4HNO₃，需要氧气总物质的量为16mol×$\frac{3}{4}$=12mol，则剩余氧气为0.2x mol+7mol-12mol=（0.2x-5）mol，则$\frac{0.2x-5}{112+0.8x+0.2x-5}$=0.05，解得x=69，
答：添加空气为69mol；
（4）空气中氮气与氧气的物质的量比4：1，反应过程中氮气的量不变，原来氧气的物质的量为112mol×$\frac{1}{4}$=28mol，由4NH₃+5O₂$\frac{\underline{催化剂}}{△}$4NO+6H₂O可知，生成16molNO消耗氧气为16mol×$\frac{5}{4}$=20mol，则4NO+3O₂ +2H₂O=4HNO₃中消耗氧气为28mol-7mol-20mol=1mol，由方程式可知转化为硝酸的这部分NO为1mol×$\frac{4}{3}$=$\frac{4}{3}$mol，
答：转化为硝酸的这部分NO为$\frac{4}{3}$mol．

点评 本题考查混合物计算、化学方程式计算，是对学生综合能力的考查，明确发生的反应是关键，难度中等．