Question

某化肥廠以氨和空氣（其中氧氣的體積分數(shù)為0.2）為原料生產(chǎn)硝酸銨過程如下：

（1）步驟①反應的化學方程式為

 

，步驟②中發(fā)生了兩個反應，合并為一個化學方程式

 

．
（2）若不考慮副反應且各步反應均完全，為使生產(chǎn)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(shù)最大值為

 

．
（3）假設實際生產(chǎn)中，反應①、②中含氮物質(zhì)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？（要求寫出解題過程）

Answer 1

考點：化學方程式的有關計算

專題：計算題

分析：（1）氨氣和氧氣在催化作用下加熱生成NO和水，NO被氧化生成二氧化氮，二氧化氮和水、氧氣反應生成硝酸；
（2）依據(jù)反應4NH₃+5O₂

催化劑 .

高溫高壓

4NO+6H₂O①4NO+3O₂+2H₂O=4HNO₃ ②NH₃+HNO₃=NH₄NO₃ ③消元即可解答；
（3）根據(jù)氮原子守恒和含氮物質(zhì)的利用率進行解答，假設消耗NH₃的總物質(zhì)的量為1mol，其中用于制取HNO₃的NH₃的物質(zhì)的量為x mol，反應①、②中生成的硝酸為abx mol；假設第①步參加反應的氨氣的物質(zhì)的量為4mol，生成硝酸的物質(zhì)的量4abmol．

解答： 解：（1）氨氣和氧氣在催化作用下加熱生成NO和水，反應的方程式為4NH₃+5O₂

催化劑 .

高溫高壓

4NO+6H₂O，反應②涉及這樣幾步反應：2NO+O₂ =2NO₂ ，3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO，二者聯(lián)式可得4NO+3O₂+2H₂O=4HNO₃，
故答案為：4NH₃+5O₂

催化劑 .

高溫高壓

4NO+6H₂O；4NO+3O₂+2H₂O=4HNO₃；
（2）整個過程包括這樣幾步反應：4NH₃+5O₂

催化劑 .

高溫高壓

4NO+6H₂O①，4NO+3O₂+2H₂O=4HNO₃ ②，NH₃+HNO₃=NH₄NO₃ ③，
將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 則原料氣中氨（包括第③步被硝酸吸收的氨）的體積分數(shù)最大值為

1

1+5

=

1

6

；
故答案為：

1

6

（或16.7%）；
（3）解法一：假設消耗NH₃的總物質(zhì)的量為1mol，其中用于制取HNO₃的NH₃的物質(zhì)的量為x mol，被HNO₃吸收的NH₃的物質(zhì)的量為ymol，反應①、②中生成的硝酸為abxmol，NH₃+HNO₃=NH₄NO₃ ，abx=cy，則：x+y=1、abx=cy，解得：x=

c

ab+c

，y=

ab

ab+c

，氨的總利用率=

xab+yc

1

=

2abc

ab+c

；
解法二：假設第①步參加反應的氨氣的物質(zhì)的量為4mol，反應①、②中含氮物質(zhì)的利用率分別為a、b，則：生成硝酸的物質(zhì)的量4abmol，NH₃+HNO₃=NH₄NO₃ ，反應③中氨的利用率為c，第③步需要氨氣的物質(zhì)的量為

4ab

c

mol；
氨的總利用率=

4ab+4ab

4+ 4ab c

=

2abc

ab+c

；
答：氨的總利用率是

2abc

ab+c

；

點評：本題考查了以硝酸的工業(yè)制備流程背景下的化學計算，側(cè)重于學生的分析能力和計算能力的考查，關鍵是依據(jù)各生產(chǎn)原料和產(chǎn)物間的關系，將方程式當作代數(shù)式進行相應的消元，構(gòu)建目標物質(zhì)的關系，題目難度中等．