Question

工业合成氨与制备硝酸一般可连续生产，流程如图1：

在800℃、铂催化剂存在条件下，氨与氧气反应的主要产物是NO 和H₂O．在实际生产中氨的氧化率与混合气中氧氨比（氧气与氨气物质的量比，以γ{n（O₂）/n（NH₃）}表示）的关系如图2所示．
请回答下列各题：
（1）若氨氧化率达到100%，理论上γ{n（O₂）/n （NH₃）}为1.25，而实际生产要将γ值维持在1.7～2.2之间，其原因是______．
（2）若使氨的氧化率达到95%，应控制氨在氨、空气混合气体中的体积分数约为______
（设氧气占空气的体积分数为20%）．将γ=1.75的氨、空气混合气体通入800℃、盛有铂催化剂的氧化炉，充分反应后导入到吸收塔的气体的主要成分是______．
（3）现以a mol NH₃和足量空气为原料（不考虑N₂的反应）最大程度制取NH₄NO₃，经过一系列转化反应后，向反应后的混合物中加入b g水，得到密度为ρ g•mL^-1的溶液，计算该溶液中NH₄NO₃物质的量浓度可能的最大值______．

Answer

（1）从如何降低成本还能提高氨气的转化率角度考虑；
（2）根据n（O2）/n （NH3）=1.7及空气中氧气约占空气体积的20%计算；γ=1.75的氨、空气混合气体，氧气足量，反应生成气体主要是二氧化氮和水，空气中的氮气不反应；
（3）依据题意，最大程度的生成硝酸铵，求出氨气催化氧化的物质的量，计算出生成硝酸铵的物质的量浓度．
【解析】
（1）由于一方面提高氧气量，增大氨的氧化率；另方面γ值在该范围，氨的氧化率已高达95～99%，再提高，氨的氧化率上升空间已有限，反而会增加能耗，提高生产成本，所以而实际生产要将γ值维持在1.7～2.2之间，
故答案为：一方面提高氧气量，增大氨的氧化率；另方面γ值在该范围，氨的氧化率已高达95～99%，再提高，氨的氧化率上升空间已有限，反而会增加能耗，提高生产成本；
（2）氨的氧化率达到95%，γ{n（O2）/n （NH3）}=1.7，设氨气的物质的量是xmol，n（O2）=1.7xmol，空气的物质的量是：1.7xmol×5=8.5xmol，
氨气的体积分数是：×100%=10.5%，
由于空气足量，一氧化氮完全转化成了二氧化氮，吸收塔中气体主要成分是N2、NO2、H2O，
故答案为：10.5%；    N2、NO2、H2O；
（3）设a mol NH3中有x mol用于生产硝酸，其余（a-x） mol NH3跟生成的硝酸恰好完全反应生成NH4NO3．
由4NH3+5O2═4NO+6H2O，4NO+3O2+2H2O═4HNO3得
NH3+2O2 ═HNO3+H2O                        NH3 +HNO3═NH4NO3
x mol    x mol  x mol               （a-x）mol     x mol    
依题意，最大程度制取NH4NO3，则应该满足（a-x）=x，
解得 x=0.5a，
所以，硝酸的物质的量浓度是：c（NH4NO3）═=mol•L-1
故答案为：mol•L-1 ．