Question

7．已知空氣中含有20%的氧氣和80%的氮氣（體積百分比，空氣中其它成分忽略），請完成下列填空及計算：
（1）2mol NO₂完全轉化為HNO₃需要O₂分子的數目為9.03×10²³．
（2）NH₃催化氧化可以轉化為NO，為使NH₃恰好完全氧化為一氧化氮，氨-空氣混合物中氨的體積分數為0.14（保留2位有效數字）
（3）6mol的NH₃用空氣氧化，反應后混合物的組成為：NO 4mol、O₂ 2mol、N₂ 40mol和一定量的硝酸，以及其它成分（高溫下NO和O₂不反應，其它成分中不含氧化物），計算氨轉化為NO和HNO₃的總轉化率NO轉化率為91.7%；HNO₃的轉化率為7.5%（寫出過程及結果）

Answer 1

分析 （1）根據方程式二氧化氮和氧氣的關系式計算；
（2）根據氨氣計算需要氧氣的量，再根據體積分數公式進行計算；
（3）根據反應過程中氮氣的量不變進行計算，算出生成硝酸的物質的量，再根據原子守恒計算轉化率

解答 解：（1）設需要氧氣的物質的量為x，
4NO₂+2H₂O+3O₂=4HNO₃
4                   3
2mol             x
x=1.5 mol，
N（O₂）=n（O₂）×N_A=1.5×6.02×10²³=9.03×10²³，
故2mol NO₂完全轉化為HNO₃需要O₂分子的數目為9.03×10²³；
（2）假設氨氣的體積是4L，設需要空氣的體積為y，
4NH₃+5O₂ $\frac{\underline{\;高溫、高壓\;}}{催化劑}$4NO+6H₂O
4          5
4L      0.20y
y=$\frac{4×5}{4×0.2}$L=25L，
氨-空氣混合物中氨的體積分數=$\frac{4L}{4L+25L}$=0.14，
故答案為：0.14；
（3）4NH₃+5O₂$\frac{\underline{\;\;催化劑\;\;}}{高溫高壓}$4NO+6H₂O
          4         5                   4
        4NO+2H₂O+3O₂=4HNO₃
       4NH₃～8O₂～4HNO₃        
設生成y mol HNO₃
4×（2y+4×$\frac{5}{4}$+2）=40
y=1.5mol
根據氮原子守恒，NH₃的轉化為HNO₃的轉化率=$\frac{1.5mol}{20mol}$×100%=7.5%
NH₃的轉化為NO的轉化率=$\frac{4+1.5}{6}$×100%=91.7%，
故答案為：氨轉化為NO和HNO₃的轉化率分別是91.7%和7.5%．

點評 本題考查了氧化還原反應的計算，難點是計算轉化率，明確氮氣和氧氣的關系是解本題的關鍵，結合原子守恒來分析解答，難度較大