Question

某化肥廠以氨和空氣（其中氧氣的體積分數為0.2）為原料生產硝酸銨過程如下：

其中反應①為4NH₃＋5O₂4NO＋6H₂O

⑴步驟②中發生了兩個反應，將這兩個化學方程式合并為一個化學方程式，可表示為_____________

________________________。

⑵若不考慮副反應且各步反應均完全，為使生產過程中不再補充空氣，則原料氣中氨（包括第③步被硝酸吸收的氨）的體積分數最大值為____________。

⑶假設實際生產中，反應①、②中含氮物質的利用率分別為a、b，反應③中氨的利用率為c、硝酸的利用率為100％，則合成硝酸銨的整個流程中，氨的總利用率是多少？

Answer 1

（1）4NO＋3O₂＋2H₂O＝4HNO₃                                                   

（2）1/6（或16.7%）

解析:

本題考查了在工業流程背景下的化學計算，關鍵是能夠準確的找出各生產原料和產物間的關系，然后根據所找到的比例關系進行相應計算.找關系式的一種方法就是將方程式當作代數式進行相應的消元，得出我們需要的相關物質的關系。

⑴反應②涉及這樣幾步反應：   2NO+O₂ = 2NO₂                           I

                         3NO₂+H₂O = 2HNO₃+NO            II

I×3+II×2，消去中間物NO₂，得 ：4NO+3O₂ +2H₂O = 4HNO₃

⑵ 整個過程包括這樣幾步反應：

              4NH₃＋5O₂4NO＋6H₂O                     ①

               4NO+3O₂ +2H₂O = 4HNO₃                           ②

                 NH₃＋HNO₃ = NH₄NO₃                            ③

  ①+ ②+③×4，約簡得： 2NH₃＋+2O₂ = NH₄NO₃  + H₂O

  由n(NH₃)：n(O₂)=1：1 推知V(NH₃)：V(空氣)=1：5  

（3）

解法一：假設消耗NH₃的總物質的量為1mol，其中用于制取HNO₃的NH₃的物質的量為x mol，被HNO₃吸收的NH₃的物質的量為ymol，則有：x＋y＝1、abx＝cy。

解得：x＝        y＝

氨的總利用率＝（xab＋yc）／1＝                                             

解法二：假設第①步參加反應的氨氣的物質的量為4mol，則：生成硝酸的物質的量4abmol；

第③步需要氨氣的物質的量為mol；        氨的總利用率＝＝