Question

某化肥厂以氨和空气（其中氧气的体积分数为0.2）为原料生产硝酸铵过程如下：

其中反应①为4NH₃＋5O₂4NO＋6H₂O

⑴步骤②中发生了两个反应，将这两个化学方程式合并为一个化学方程式，可表示为_____________

________________________。

⑵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，则原料气中氨（包括第③步被硝酸吸收的氨）的体积分数最大值为____________。

⑶假设实际生产中，反应①、②中含氮物质的利用率分别为a、b，反应③中氨的利用率为c、硝酸的利用率为100％，则合成硝酸铵的整个流程中，氨的总利用率是多少？

Answer 1

（1）4NO＋3O₂＋2H₂O＝4HNO₃                                                   

（2）1/6（或16.7%）

解析:

本题考查了在工业流程背景下的化学计算，关键是能够准确的找出各生产原料和产物间的关系，然后根据所找到的比例关系进行相应计算.找关系式的一种方法就是将方程式当作代数式进行相应的消元，得出我们需要的相关物质的关系。

⑴反应②涉及这样几步反应：   2NO+O₂ = 2NO₂                           I

                         3NO₂+H₂O = 2HNO₃+NO            II

I×3+II×2，消去中间物NO₂，得 ：4NO+3O₂ +2H₂O = 4HNO₃

⑵ 整个过程包括这样几步反应：

              4NH₃＋5O₂4NO＋6H₂O                     ①

               4NO+3O₂ +2H₂O = 4HNO₃                           ②

                 NH₃＋HNO₃ = NH₄NO₃                            ③

  ①+ ②+③×4，约简得： 2NH₃＋+2O₂ = NH₄NO₃  + H₂O

  由n(NH₃)：n(O₂)=1：1 推知V(NH₃)：V(空气)=1：5  

（3）

解法一：假设消耗NH₃的总物质的量为1mol，其中用于制取HNO₃的NH₃的物质的量为x mol，被HNO₃吸收的NH₃的物质的量为ymol，则有：x＋y＝1、abx＝cy。

解得：x＝        y＝

氨的总利用率＝（xab＋yc）／1＝                                             

解法二：假设第①步参加反应的氨气的物质的量为4mol，则：生成硝酸的物质的量4abmol；

第③步需要氨气的物质的量为mol；        氨的总利用率＝＝