Question

已知：4NH₃+5O₂ 

催化剂

△

 4NO+6H₂O，4NO+3O₂+2H₂O→4HNO₃
设空气中氧气的体积分数为0.20，氮气的体积分数为0.80．
（1）a mol NO完全转化为HNO₃理论上需要氧气

 

 mol．
（2）为使NH₃恰好完全氧化为NO，氨-空气混合气体中氨的体积分数（用小数表示）为

 

（保留2位小数）．
（3）20.0mol NH₃用空气氧化，产生混合物的组成为：NO 18.0mol、O₂ 12.0mol、N₂ 150.0mol和一定量硝酸，以及其他成分（高温下NO与O₂不化合）．计算氨转化为NO和HNO₃的总转化率．

 

（4）20.0mol NH₃和一定量空气充分反应后，再转化为硝酸．通过计算，在图中画出HNO₃的物质的量n（A）和空气的物质的量n（B）关系的理论曲线．

Answer 1

考点：化学方程式的有关计算,氮的氧化物的性质及其对环境的影响

专题：计算题

分析：（1）根据一氧化氮和氧气完全转化为HNO₃的关系式计算；
（2）使NH₃恰好完全氧化为NO，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；
（4）采用极限法找出氨气、空气和硝酸的关系，并画出硝酸和空气的关系图象．

解答： 解：（1）设需要氧气的物质的量为x，
4NO+2H₂O+3O₂=4HNO₃
4mol     3mol
amol     x
x=

3a

4

mol=0.75amol，则需要氧气的物质的量为0.75a mol，
故答案为：0.75a；
（2）根据氨气被氧气恰好完全氧化为NO的方程式，可假设氨气的体积是4L，设需要空气的体积为y，
4NH₃+5O₂

催化剂 .

△

4NO+6H₂O
4    5
4L  0.20y            
y=

4×5

4×0.20

L=25L，氨-空气混合物中氨的体积分数=

4L

4L+25L

≈0.14，
故答案为：0.14；
（3）设生成x mol HNO₃，空气中氧气的体积分数为0.20，氮气的体积分数为0.80，空气中氮气的量是氧气的4倍，4（2x+18.0×

5

4

+12.0）=150.0，解得：x=1.5（mol），根据氮原子守恒，NH₃的转化为HNO₃的转化率=

1.5mol

20.0mol

×100%=7.5%； NH₃的转化为NO的转化率=

18.0+1.5

20

×100%=97.5%，
故答案为：氨转化为NO和HNO₃的转化率分别是7.5%和97.5%；
（4）4NH₃+5O₂

催化剂 .

△

4NO+6H₂O①，4NO+3O₂ +2H₂O=4HNO₃②，将

①+②

2

得：NH₃+2O₂=H₂O+HNO₃③，由①③知，当

n(O2)

n(NH3)

≤

5

4

，即

n(空气)

n(NH3)

≤

25

4

时无硝酸生成，此时20.0mol氨气所需空气量为：

5

4

×20.0mol=125mol；
当

5

4

≤

n(O2)

n(NH3)

≤

2

1

，即

25

4

≤

n(空气)

n(NH3)

≤

10

1

，时有硝酸生成，此时20.0mol氨气所需空气量为10×20.0mol=200mol，生成硝酸的物质的量是20mol，所以HNO₃的物质的量n（A）和空气的物质的量n （B）关系的理论曲线为，
答：HNO₃的物质的量n（A）和空气的物质的量n（B）关系的理论曲线为．

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，题目难度较大．