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� 题目和参考答案——青夏教育精英家教网—

（2009?宿迁模拟）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

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）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

10.5%

（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

N₂、NO₂、H₂O

．
（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

500aρ

49a+b

mol?L^-1

500aρ

49a+b

mol?L^-1

．

分析：（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．

解答：解：（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：

xmol

xmol+8.5xmol

×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）═

0.5a

(0.5a×80+0.5a×18+b)÷1000ρ

500aρ

49a+b

mol?L^-1
故答案为：

500aρ

49a+b

mol?L^-1．

点评：本题考查了工业合成氨的条件选择、生成硝酸物质的量浓度的计算等知识，题目综合性较强，难度中等．

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