Question

某化肥厂氨和空气（设氧气的体积分数为0.2，空气式量为29）生产硝酸铵过程如下：

其中①、②的反应方程式为：4NH₃+ 5O₂ ——→ 4NO+6H₂O， 4NO＋3O₂＋2H₂O → 4HNO₃

（1）若原料气的密度为1.25g/L（标准状况），则氨气与空气的体积比_________。

（2）若生产硝酸的氨气与空气中的氧气恰好完全反应，且硝酸全部溶解反应产生的水中，所得硝酸溶液的物质的量浓度为____________（保留2位小数，此时硝酸溶液的密度为1.38g/cm³）。

（3）若不考虑副反应且各步反应均完全，为使生产过程中不再补充空气，则原料气中氨气(包含第③步被硝酸吸收的氨气)的体积分数最大值为____________。

（4）若实际生产中，反应①的转化率为94%，反应②的转化率为97%，反应③中氨的转化率为98%，硝酸完全转化。求（写出计算过程）：

（i）100 m³（已折算到标准状况）氨气最多可生产硝酸铵的质量（kg）。

（ii）合成硝酸铵的整个流程中，氨的总转化率。

 

Answer 1

（1）1:11

（2）17.04mol/L

（3）0.17（或16.67% 或1/6）

（4）（i）169kg （ii）94.47％

解析:

（1）1:11（2分） （2）17.04mol/L（2分） （3）0.17（或16.67% 或1/6）（2分）

（4）（i）169 kg（2分）

解：假设100m³氨气中有x用于制取HNO₃，（1-x）被HNO₃吸收。

NH₃       +            HNO₃             →    NH₄NO₃

         22.4                     22.4                      80

    100×10³×(1-x)×98%    100×10³×x×94%×97%           y

∴ 100×10³×(1-x) ×98%  =  100×10³×x×94%×97%   x = 0.52

   则y = 169334（g）= 169（kg）

（ii）94.47%（2分）

解：假设第①步参加反应的氨为4mol，则生成硝酸的量：n(HNO₃) = 4×0.94×0.97（mol）

     第③步需要氨的量：n(NH₃) = n(HNO₃)/0.98=(4×0.94×0.97)/0.98（mol）

∴转化率 =