Question

某化肥廠氨和空氣（設氧氣的體積分數為0.2，空氣式量為29）生產硝酸銨過程如下：

其中①、②的反應方程式為：4NH₃ + 5O₂ ——→ 4NO+6H₂O， 4NO＋3O₂＋2H₂O → 4HNO₃

（1）若原料氣的密度為1.25g/L（標準狀況），則氨氣與空氣的體積比_________。

（2）若生產硝酸的氨氣與空氣中的氧氣恰好完全反應，且硝酸全部溶解反應產生的水中，所得硝酸溶液的物質的量濃度為____________（保留2位小數，此時硝酸溶液的密度為1.38g/cm³）。

（3）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，則原料氣中氨氣(包含第③步被硝酸吸收的氨氣)的體積分數最大值為____________。

（4）若實際生產中，反應①的轉化率為94%，反應②的轉化率為97%，反應③中氨的轉化率為98%，硝酸完全轉化。求（寫出計算過程）：

（i）100 m³（已折算到標準狀況）氨氣最多可生產硝酸銨的質量（kg）。

（ii）合成硝酸銨的整個流程中，氨的總轉化率。

Answer 1

（1）1:11

（2）17.04mol/L

（3）0.17（或16.67% 或1/6）

（4）（i）169kg  （ii）94.47％

解析:

（1）1:11（2分） （2）17.04mol/L（2分） （3）0.17（或16.67% 或1/6）（2分）

（4）（i）169 kg（2分）

解：假設100m³氨氣中有x用于制取HNO₃，（1-x）被HNO₃吸收。

NH₃        +            HNO₃              →    NH₄NO₃

          22.4                      22.4                       80

    100×10³×(1-x)×98%     100×10³×x×94%×97%            y

∴ 100×10³×(1-x) ×98%  =  100×10³×x×94%×97%    x = 0.52

   則y = 169334（g）= 169（kg）

（ii）94.47%（2分）

解：假設第①步參加反應的氨為4mol，則生成硝酸的量：n(HNO₃) = 4×0.94×0.97（mol）

     第③步需要氨的量：n(NH₃) = n(HNO₃)/0.98= (4×0.94×0.97)/0.98（mol）

∴轉化率 =