Question

【题目】已知空气组成(体积分数)N2：0.800，O2：0.200，氨空气氧化后的混合气体组成如下(高温下NO与O2可以共存)NO：16 mol；O2：7.00 mol；H2O：24.5 mol；N2：112 mol。

完成下列计算：

(1)该混合气体中NO全部转化为HNO3，需要___________摩尔O2 。

(2)参加反应的空气的体积是___________升。(标准状况下)

(3)向该混合气体中添加空气使NO完全转化为 HNO3，转化后剩余气体中(不含H2O)氧气体积分数为0.0500。添加空气多少摩尔？___________

(4)该混合气体的组成表明NH3氧化产生的NO超过16 mol，有部分NO已和O2、H2O 反应转化为HNO3。这部分NO是多少摩尔？ _______

Answer 1

【答案】12 2352 69 0.500

【解析】

(1)NO完全转化为硝酸，发生反应：4NO+3O2+2H2O=4HNO3，据此计算需要氧气总物质的量，减去混合气体中氧气物质的量即为需要加入的氧气；

(2)氮气不参加反应，结合氮气体积分数计算通入空气体积，用通入的空气体积减去剩余空气的体积即为参加反应的空气体积；

(3)剩余气体为氮气、氧气混合气体，假设需要通入空气为x mol，表示转化后氮气物质的量，根据方程式计算参加反应氧气物质的量，进而表示出剩余氧气物质的量，利用体积分数列方程计算；

(4)反应过程中氮气的量不变，结合氮气体积分数计算原空气中氧气物质的量，根据4NH3+5O24NO+6H2O计算参加反应的氧气，根据氧气物质的量守恒计算反应4NO+3O2+2H2O=4HNO3中消耗的氧气，进而计算转化为HNO3的NO。

(1)NO完全转化为硝酸，发生反应：4NO+3O2+2H2O=4HNO3，根据方程式可知n(NO)：n(O2)=4：3，n(NO)=16 mol，所以反应需要氧气总物质的量n(O2)=16 mol×=12 mol；

(2)氮气不参加反应，N2的体积分数为0.800，故通入空气体积为V(空气)=×22.4 L/mol=3136 L，则参加反应的空气体积为：3136L-×22.4 L/mol=2352L；

(3)剩余气体为氮气、氧气混合气体，假设需要通入空气的物质的量为x mol，表示转化后N2物质的量为112 mol+0.8x mol，4NO+3O2+2H2O=4HNO3，需要氧气总物质的量为n(O2)=16 mol×=12 mol，则剩余氧气为0.2x mol+7.00 mol-12 mol=(0.2x-5)mol，转化后剩余气体中(不含H2O) O2体积分数为0.0500。则=0.0500，解得x=69 mol；

(4)空气中N2与O2的物质的量比4：1，反应过程中N2的量不变，原来O2的物质的量为112 mol×=28 mol。

设转化为HNO3的物质的量为n mol，则氨氧化产生的NO的物质的量为（16+n）mol，

由4NH3+5O24NO+6H2O可知，生成（16+n）mol NO消耗氧气为（16+n）mol×=（20+n）mol，则4NO+3O2+2H2O=4HNO3中消耗O2的物质的量为：28 mol-7 mol-（20+n）mol=n mol，解得n=0.500。