Question

工业上用氨气与空气混合，通过“氨的催化氧化”等反应工业合成硝酸及其他产品。

1.将NH₃与O₂在一定条件下充分反应后全部转化为硝酸溶液，则此硝酸溶液中溶质的质量分数为_________________，若所得硝酸密度为ρg/cm³，则其物质的量浓度为_______（保留两位小数）。

2.某化肥厂以氨为原料制备 NH₄NO₃，已知由氨制 NO 的产率是 96%，NO 制硝酸的产率是 92%，氨被硝酸的吸收率为100%，则制备80吨 NH₄NO₃所需氨的体积（标准状况）为________m³（保留两位小数）。

3.一定量的浓硝酸与铜反应生成NO、NO₂、N₂O₄混合气体。测出混合气体密度是同温同压下氢气的28倍。再将气体通过足量水充分吸收后，体积变为原来的2/3（相同条件下测定）。计算混合气体中NO₂的体积分数_____________。

4.合成氨原料气由CH₄在高温下与水蒸气、空气反应而得。反应原理如下：

CH₄＋2H₂O→CO₂＋4H₂2CH₄＋O₂＋2H₂O→2CO₂＋6H₂

将反应后的混合气中CO₂、H₂O (g)通过吸收和干燥除去后，只含N₂和H₂。为使进入合成氨反应塔两者体积比为1∶3。计算起始气体中CH₄和空气的比例。（已知空气中O₂和N₂的体积比为1∶4）。_____________

Answer

77.78%（或0.78） 12.35ρmol/L 47435.29 (或33.33%) 7:10

【解析】

1.设参加反应的氨气是4mol，则根据方程式4N2＋5O2＝4NO＋6H2O、4NO＋3O2＋2H2O＝4HNO可知NH3与O2在一定条件下充分反应后全部转化为硝酸溶液，则此硝酸溶液中溶质的质量分数为＝77.78%；根据c=可知，若所得硝酸密度为ρg/cm3，则其物质的量浓度为＝12.35ρmol/L。

2.根据合成 NH4NO3的反应：NH3＋ HNO3→NH4NO3

合成 80 t NH4NO3时，需要用 63 t HNO3吸收 17 t 的 NH3。

制备 63 t HNO3需要m(NH3)

NH3 ～ HNO3

17 63

m(NH3)×96%×92% 63 t

m(NH3)＝19 t。

V(NH3)＝＝47435.29（m3）

3.设NO x mol NO2 y mol N2O4 z mol

30 x + 46 y + 92z＝2×28(x+ y + z)

(x+y+z)＝x +y + z

X＝y＝z

则φ(NO2)＝ (或33.33%)

4.设起始气体中CH4x mol 空气y mol，则N2为0.8y mol， O2为0.2y mol

CH4＋2H2O→CO2＋4H2①

2CH4＋O2＋2H2O→2CO2＋6H2②

反应②生成的H2为0.2y mol×6/1＝1.2y mol,消耗CH40.2y mol×2/1＝0.4y mol

反应①生成的H2为(x-0.4y) mol×4/1＝4(x-0.4y) mol

0.8 y : [1.2y +4(x-0.4y)]＝1:3 x:y＝7:10 V(CH4):V(空气)＝7:10。