Question

16．某厂平均每天产生约600m³废氨水（NH₃ 的浓度为153mg•L^-1，密度为1g•cm^-3．
（1）该废氨水中氨的物质的量浓度为9×10^-3 mol•L^-1．
（2）对废氨水进行加热蒸发得到NH₃，使废氨水中的NH₃的浓度降为17mg•L^-1．忽略蒸发前后废氨水体积变化，则上述体积的废氨水蒸发出来的NH₃的物质的量为4800mol．（以下计算结果均保留两位小数）
（3）蒸发得到的NH₃可用于制备NO．4NH₃+5O₂→4NO+6H₂O；（不考虑NO与氧气的反应），设空气中氧气的体积分数为0.20，氮气体积分数为0.80．
①为使NH₃恰好完全氧化为NO，氨-空气混合物中氨的体积分数为89%．
②氨催化氧化制取NO同时会发生副反应：4NH₃+3O₂→2N₂+6H₂O．将1L NH₃混合10L空气后通入反应器，反应完成后，测得混合气体中不含NH₃，而O₂和N₂的物质的量之比为1：10，试求参加主反应的氨占原料氨的体积百分含量．
（4）废氨水可用于脱除烟气中的SO₂．氨水吸收烟气中SO₂经氧化后生成（NH₄）₂SO₄和NH₄HSO₄混合物．现称取不同质量的混合物进行实验，结果如下：

NaOH 溶液体积/mL	40.00	40.00	40.00
样品质量/g	7.75	15.50	23.25
氨气质量/g	1.87	1.87	1.7

试计算生成氨气的质量最大时样品的质量．

Answer 1

分析 （1）根据根据该氨水浓度为153mg•L^-1，结合n=$\frac{m}{M}$、c=$\frac{n}{V}$计算；
（2）600m³废氨水，结合m=ρV、n=cV计算；
（3）①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；
②主反应为4NH₃+5O₂=4NO+6H₂O，副反应为4NH₃+3O₂=2N₂+6H₂O，混合气体中不含NH₃，氨气完全反应，结合O₂和N₂的物质的量之比为1：10计算；
（4）由表格数据可知，固体质量越大，生成氨气越少，先发生H⁺+OH^-=H₂O，生成氨气质量最大为1.87g，样品质量增大1倍，氨气的质量不变，可知第一组数据中样品完全反应，利用NaOH完全反应计算生成氨气的质量最大时样品的质量，以此计算．

解答 解：（1）NH₃的浓度为153mg•L^-1，密度为1g•cm^-3，取1L，则含氨气153mg，则氨气的物质的量为：n=$\frac{153×1{0}^{-3}g}{17g/mol}$=9×10^-3mol，该废氨水中氨的物质的量浓度为c=$\frac{9×1{0}^{-3}mol}{1L}$=9×10^-3mol/L，故答案为：9×10^-3mol/L；
（2）n（NH₃）=$\frac{（153-17）mg/L}{17g/mol}$×10^-3g/mg×600m³×10³L/m³=4800 mol，故答案为：4800 mol；
（3）①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 $\frac{\underline{催化剂}}{△}$4NO+6H₂O
4         5
4L    0.20y
y=25L，氨-空气混合物中氨的体积分数=$\frac{4L}{4L+25L}$≈0.14，
故答案为：0.14；
②设参加主反应NH₃的为x，副反应的NH₃为y，
4NH₃+5O₂=4NO+6H₂O
4          5
x         $\frac{5x}{4}$
4NH₃+3O₂=2N₂+6H₂O
4        3        2
y      $\frac{3y}{4}$       $\frac{y}{2}$
则x+y=1，$\frac{2-\frac{5x}{4}-\frac{3y}{4}}{\frac{y}{2}+8}$，解得x=0.89，所以参加主反应的氨占原料氨的体积百分含量为$\frac{0.89}{1}$×100%=89%，
答：参加主反应的氨占原料氨的体积百分含量为89%；
（4）由表格数据可知，固体质量越大，生成氨气越少，先发生H⁺+OH^-=H₂O，生成氨气质量最大为1.87g，样品质量增大1倍，氨气的质量不变，可知第一组数据中样品完全反应，设（NH₄）₂SO₄、NH₄HSO₄的物质的量分别为x、y，2x+y=$\frac{1.87g}{17g/mol}$，132x+115y=7.75，解得x=n[（NH₄）₂SO₄]=0.05mol，
y=n（NH₄HSO₄）=0.01mol，则混合物溶解后，溶液中n（NH₄⁺）：n（H⁺）=11：1，40.00 mL NaOH 溶液中n（NaOH）=0.13mol，NaOH完全反应生成氨气最大，则n（H⁺）+11×n（H⁺）=0.13mol，n（H⁺）=0.13mol×$\frac{1}{12}$=n（NH₄HSO₄），n[（NH₄）₂SO₄]=0.13mol×$\frac{5}{12}$，混合物质量为0.13mol×$\frac{1}{12}$×115g/mol+0.13mol×$\frac{5}{12}$×135g/mol=8.40g，
答：生成氨气的质量最大时样品的质量为8.40g．

点评 本题考查化学反应方程式及物质的量的有关计算，为高频考点，把握发生的反应及物质的量为中心的基本计算为解答的关键，侧重分析与计算能力的考查，题目难度较大，（4）为解答的难点．