Question

工業(yè)上用氨氣與空氣的混合氣在一定條件下制硝酸，發(fā)生的反應是：
①4NH₃+5O₂→4NO+6H₂O
②4NO+3O₂+2H₂O→4HNO₃
設空氣中氧氣的體積分數(shù)為0.20，氮氣體積分數(shù)為0.80，請完成下列填空及計算：
（1）為使氨氣恰好完全氧化為一氧化氮，氨氣與空氣的混合氣中氨的體積分數(shù)（用小數(shù)表示）為______（保留2位小數(shù)）．
（2）現(xiàn)將1mol的氨氣與12mol的空氣混合反應，可得到硝酸______mol；
（3）向上述溶液中加入______mL 20%的硝酸（密度為1.11g/mL），才能得到69%的硝酸溶液．
（4）現(xiàn)有100mol的原料氣，其中含氨氣為xmol，反應后生成的硝酸ymol．在得到硝酸的條件下，寫出x與y的關系式．（寫出解題過程）

Answer 1

（1）氨氣恰好完全氧化為一氧化氮，發(fā)生反應4NH₃+5O₂→4NO+6H₂O，氨氣和氧氣物質的量之比為4：5，即氨氣和空氣物質的量之比為4：（5÷0.2）=4：25，所以氨氣所占體積分數(shù)即物質的量分數(shù)為

4

29

=0.14，故答案為：0.14；
（2）將1mol的氨氣與12mol的空氣混合反應，12mol空氣中含氧氣2.4mol，根據(jù)NH₃+2O₂=HNO₃+H₂O可知氨氣全部轉化為硝酸，氧氣過量，因此生成1molHNO₃，1molH₂O，故答案為：1；
（3）上述反應得到的硝酸溶液為1molHNO₃，1molH₂O，質量為81g，根據(jù)溶液中硝酸物質的量和加入硝酸物質的量之和為69%的硝酸溶液中所含硝酸溶質的物質的量，列式計算：設加入20%的硝酸體積為v，則根據(jù)溶質相等得63+v?1.11×20%=（81+v?1.11）×69%，解得v=13.07ml，故答案為：13.07；
（4）100ml混合氣體中氨氣為xmol，空氣為（100-x）ml，氧氣為0.2×（100-x）ml；
若按反應4NH₃+5O₂→4NO+6H₂O進行，無硝酸生成，氨氣與氧氣按照4：5反應，則4：5=x：0.2×（100-x），x=

400

29

；
若恰好按反應NH₃+2O₂=HNO₃+H₂O進行，氨氣全部轉化為硝酸，氨氣和氧氣按照1：2進行，則1：2=x：0.2×（100-x），
x=

100

11

；
討論：①當x≤

400

29

時只發(fā)生4NH₃+5O₂→4NO+6H₂O，無硝酸生成；
②當x≥

100

11

，氨氣全部生成硝酸；
③當

400

29

≤x≤

100

11

時，發(fā)生反應4NH₃+5O₂→4NO+6H₂O，剩余的氧氣再發(fā)生反應4NO+3O₂+2H₂O→4HNO₃，根據(jù)反應4NH₃+5O₂→4NO+6H₂O求的xmolNH₃需要氧氣

5

4

x，剩余氧氣0.2×（100-x）-

5

4

x，根據(jù)反應4NO+3O₂+2H₂O→4HNO₃，3O₂～4HNO₃，得到3：4=[0.2×（100-x）-

5

4

x]：y，計算得：y=

80

3

-

29x

15

；
答：①x≤

100

11

，y=x  
②

100

11

＜x＜

400

29

，y=

80

3

-

29x

15

．