Question

15．將a mol的NH₃與b mol的O₂混合后，充入一密閉容器，在Pt存在下升溫至700℃，充分反應(yīng)后，冷卻至室溫．
（1）請討論b∕a的取值范圍及與之對應(yīng)的溶液的溶質(zhì)及其物質(zhì)的量，將結(jié)果填于下表中：

b∕a的取值范圍	溶質(zhì)	溶質(zhì)物質(zhì)的量

（2）當(dāng)a=2.00，b=4.00，在室溫下得到的產(chǎn)物是什么？若該產(chǎn)物的密度為1.44g．ml^-1，則其溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)和物質(zhì)的量濃度各是多少？

Answer 1

分析 （1）根據(jù)極限法進行分析：0＜$\frac{b}{a}$＜$\frac{5}{4}$，氧氣不足，發(fā)生反應(yīng)：4NH₃+5O₂=4NO+6H₂O，然后分析溶質(zhì)和其物質(zhì)的量；
$\frac{b}{a}$=$\frac{5}{4}$，恰好反應(yīng)，發(fā)生反應(yīng)：4NH₃+5O₂=4NO+6H₂O，NO不溶于水，也不與水反應(yīng)；
$\frac{5}{4}$＜$\frac{b}{a}$＜2，先發(fā)生反應(yīng)：4NH₃+5O₂=4NO+6H₂O，然后發(fā)生反應(yīng)：4NO+3O₂+2H₂O→4HNO₃，O₂不足，然后分析溶質(zhì)和其物質(zhì)的量；
$\frac{b}{a}$≥2  發(fā)生反應(yīng)：4NH₃+8O₂=4HNO₃+4H₂O，O₂過量，然后分析溶質(zhì)和其物質(zhì)的量；
（2）計算出$\frac{b}{a}$，然后根據(jù)（1）判斷產(chǎn)物，然后得出溶液質(zhì)量，結(jié)合產(chǎn)物密度計算出溶液體積，最后計算出溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)及物質(zhì)的量濃度．

解答 解：（1）根據(jù)極限法進行分析：0＜b∕a＜5∕4，O₂不足，發(fā)生反應(yīng)：4NH₃+5O₂=4NO+6H₂O，溶質(zhì)為NH₃，參加反應(yīng)的NH₃的物質(zhì)的量為：$\frac{4b}{5}$mol，剩余的NH₃的物質(zhì)的量為（a-$\frac{4b}{5}$）mol；
$\frac{b}{a}$=$\frac{5}{4}$，恰好反應(yīng)，發(fā)生反應(yīng)：4NH₃+5O₂=4NO+6H₂O，NO不溶于水，也不與水反應(yīng)，所以溶液中無溶質(zhì)，
$\frac{5}{4}$＜$\frac{b}{a}$＜2，先發(fā)生4NH₃+5O₂=4NO+6H₂O，生成NOamol，消耗O₂為：$\frac{5}{4}$amol，然后發(fā)生反應(yīng)：4NO+3O₂+2H₂O→4HNO₃，O₂不足，溶質(zhì)為HNO₃，參加反應(yīng)的氧氣的物質(zhì)的量bmol-$\frac{5}{4}$amol，生成的HNO₃為（bmol-$\frac{5}{4}$amol）×$\frac{4}{3}$=$\frac{4b-5a}{3}$mol，
$\frac{b}{a}$≥2  發(fā)生反應(yīng)：4NH₃+8O₂=4HNO₃+4H₂O，O₂過量，溶質(zhì)為HNO₃，其物質(zhì)的量為amol；
故答案為：

b∕a的取值范圍	溶質(zhì)	溶質(zhì)物質(zhì)的量
0＜$\frac{b}{a}$＜$\frac{5}{4}$	NH3	（a-$\frac{4b}{5}$）mol
$\frac{b}{a}$=$\frac{5}{4}$	/	/
$\frac{5}{4}$＜$\frac{b}{a}$＜2	HNO3	$\frac{4b-5a}{3}$mol
$\frac{b}{a}$≥2	HNO3	amol

（2）當(dāng)a=2.00，b=4.00時$\frac{b}{a}$=2，則反應(yīng)后溶質(zhì)為硝酸，反應(yīng)生成a mol硝酸的同時也生成了a mol的水，則產(chǎn)物總質(zhì)量為：63ag+18ag=81ag，溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：$\frac{63ag}{81ag}$×100%≈78%；
反應(yīng)后溶液體積為：V=$\frac{m}{ρ}$=$\frac{81ag}{1.44g/mL}$=56.25a ml=0.05625aL，則溶質(zhì)的物質(zhì)的量濃度為：$\frac{amol}{0.05625aL}$≈17.8mol/L，
答：反應(yīng)生成a mol硝酸和a mol的水；反應(yīng)后溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為78%；溶液濃度為17.8mol/L．

點評 本題主要考察反應(yīng)物的多少對反應(yīng)的影響和基本計算公式的熟練使用，題目難度較大，明確發(fā)生反應(yīng)的實質(zhì)為解答關(guān)鍵，注意熟練掌握物質(zhì)的量與物質(zhì)的量濃度、摩爾質(zhì)量等之間的關(guān)系．