Question

已知：4NH₃+5O₂ 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=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+5O₂4NO+6H₂O

4    5

4L  0.20y            

y=L=25L，氨﹣空气混合物中氨的体积分数=≈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×+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=×100%=7.5%； NH₃的转化为NO的转化率=×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+5O₂4NO+6H₂O①，4NO+3O₂ +2H₂O=4HNO₃②，将得：NH₃+2O₂=H₂O+HNO₃③，由①③知，当≤，即≤时无硝酸生成，此时20.0mol氨气所需空气量为：×20.0mol=125mol；

当≤≤，即≤≤，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．