Question

13．硝酸與合成氨工業密切相關，氨氧化法是工業生產中制取硝酸的主要途徑．
完成下列計算：
（1）合成氨時，假設100L的氮氣與氫氣（體積比為1：3）的混合氣體通過氨合成塔充分反應后，體積變為90L，則氮氣的轉化率為20%．（寫出計算過程，計算結果請用百分數表示）
（2）標準狀況下，將500L氨氣溶于1L水中形成氨水，則此氨水質量分數為27.5%．（寫出計算過程，計算結果請用百分數表示，并保留1位小數）
（3）氨氧化法是將氨和空氣的混合氣通過灼熱的鉑銠合金網，在合金網的催化下，氨被氧化成一氧化氮（NO）．此時溫度很高，水以水蒸氣的形式存在，NO也不與O₂反應．若氨氣與氧氣物質的量之比為1：1.7時，氨的轉化率可達95%，計算反應后NO的體積分數9.8%．（設氧氣在空氣中的體積分數為20%，寫出計算過程，計算結果請用百分數表示并保留1位小數）
（4）一氧化氮繼續氧化為二氧化氮，二氧化氮溶于水可得硝酸．為測定某18K金樣品的組成，將2.832g樣品粉碎后投入足量的濃硝酸中，充分溶解后，收集到NO₂和N₂O₄的混合氣體224mL（折算至標準狀況，下同），將該混合氣體與84mL O₂混合后緩緩通入水中，恰好被完全吸收．（ 已知金不溶于濃硝酸）
填寫該18K金的成分表（寫出計算過程，計算結果請用百分數表示并保留1位小數，若不含該金屬則填0）．

18K金成分	Au	Ag	Cu
含量（質量分數）	75%	11.44%	13.56%

Answer 1

分析 （1）根據反應方程式N₂+3H₂?2NH₃，根據體積的變化求反應的氮氣的體積，然后根據轉化率為=$\frac{變化量}{起始量}×100%$；
（2）n=$\frac{V}{{V}_{m}}$和m=nM，結合氨水質量分數為$\frac{氨的質量}{氨水的總質量}×100%$；
（3）由反應4NH₃+5O₂?4NO+6H₂O（g），設氧氣的體積為1.7，所以空氣體積為：8.5，氨氣體積為1，氨的轉化率可達95%，所以反應的氨氣體積為0.95，由反應方程式可知生成一氧化氮的體積為0.95，增加的體積為：$\frac{0.95}{4}$=0.238，所以反應后NO的體積分數為：$\frac{0.95}{8.5+1+0.238}×100%$=9.8%；
（4）根據轉移電子確定合金中的其它元素，再根據轉移電子相等計算銀的質量，從而確定銀的質量分數，解銀和銅的質量分數確定鋅的質量分數．

解答 解：（1）根據反應方程式N₂+3H₂?2NH₃△V，
                     1               2
                    V變            100-90
所以V變=$\frac{100-90}{2}$=5L，
所以轉化率為=$\frac{變化量}{起始量}×100%$=$\frac{5L}{100L×\frac{1}{4}}$=20%，
故答案為：20%；
（2）n=$\frac{V}{{V}_{m}}$=$\frac{500L}{22.4L/mol}$=22.32mol，所以m=nM=22.32mol×17g/mol=379.46g，所以氨水質量分數為：$\frac{379.46g}{379.46g+1000g}×100%$=27.5%，故答案為：27.5%；
（3）由反應4NH₃+5O₂?4NO+6H₂O（g），設氧氣的體積為1.7，所以空氣體積為：8.5，氨氣體積為1，氨的轉化率可達95%，所以反應的氨氣體積為0.95，由反應方程式可知生成一氧化氮的體積為0.95，增加的體積為：$\frac{0.95}{4}$=0.238，所以反應后NO的體積分數為：$\frac{0.95}{8.5+1+0.238}×100%$=9.8%，故答案為：9.8%；
（4）合金中其它金屬的質量=2.832g×（1-75%）=0.708g，
假設與硝酸反應的金屬全部是銀，則銀的質量=$\frac{0.0038mol×4}{1}$=1.642g＞0.708g，
假設與硝酸反應的金屬全部是銅，則銅的質量=$\frac{0.0038mol×2}{1}$=0.486g＜0.708g，
則合金中還有Cu和Ag，
設銀的質量為m，則銅的質量=0.708-m，根據轉移電子守恒得
$\frac{0.708-m}{64g/mol}$×2+$\frac{m}{108}$=0.0038mol×4，
m=0.324g，銀的質量分數=$\frac{0.324g}{2.832g}$×100%=11.44%，
則銅的質量分數=25%-11.44%=13.56%，
故答案為：Ag：11.44%；Cu：13.56%．

點評 本題考查了物質的量的有關計算，根據物質之間的關系是解本題關鍵，注意差量在解題中的運用，注意（4）中合金中其它元素的確定方法，難度中等．