Question

15．某廠平均每天產生約600m³廢氨水（NH₃ 的濃度為153mg•L^-1，密度為1g•cm^-3）．
（1）該廢氨水中氨的物質的量濃度為9×10^-3mol/L．
（2）對廢氨水進行加熱蒸發(fā)得到NH₃，使廢氨水中的NH₃的濃度降為17mg•L^-1．忽略蒸發(fā)前后廢氨水體積變化，則上述體積的廢氨水蒸發(fā)出來的NH₃的物質的量為4800 mol．（以下計算結果均保留兩位小數）
（3）蒸發(fā)得到的NH₃可用于制備NO．4NH₃+5O₂→4NO+6H₂O；（不考慮NO與氧氣的反應），設空氣中氧氣的體積分數為0.20，氮氣體積分數為0.80．
①為使NH₃恰好完全氧化為NO，氨-空氣混合物中氨的體積分數為0.14．
②氨催化氧化制取NO同時會發(fā)生副反應：4NH₃+3O₂→2N₂+6H₂O．將1L NH₃混合10L空氣后通入反應器，反應完成后，測得混合氣體中不含NH₃，而O₂和N₂的物質的量之比為1：10，試求參加主反應的氨占原料氨的體積百分含量．
（4）廢氨水可用于脫除煙氣中的SO₂．氨水吸收煙氣中SO₂經氧化后生成（NH₄）₂SO₄和NH₄HSO₄混合物．現稱取不同質量的混合物進行實驗，結果如下：

NaOH 溶液體積/mL	40.00	40.00	40.00
樣品質量/g	7.75	15.50	23.25
氨氣質量/g	1.87	1.87	1.7

試計算生成氨氣的質量最大時樣品的質量．

Answer 1

分析 （1）根據根據該氨水濃度為153mg•L^-1，結合n=$\frac{m}{M}$、c=$\frac{n}{V}$計算；
（2）600m³廢氨水，結合m=ρV、n=cV計算；
（3）①使NH₃恰好完全氧化為NO，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；
②主反應為4NH₃+5O₂=4NO+6H₂O，副反應為4NH₃+3O₂=2N₂+6H₂O，混合氣體中不含NH₃，氨氣完全反應，結合O₂和N₂的物質的量之比為1：10計算；
（4）由表格數據可知，固體質量越大，生成氨氣越少，先發(fā)生H⁺+OH^-=H₂O，生成氨氣質量最大為1.87g，樣品質量增大1倍，氨氣的質量不變，可知第一組數據中樣品完全反應，利用NaOH完全反應計算生成氨氣的質量最大時樣品的質量，以此計算．

解答 解：（1）NH₃的濃度為153mg•L^-1，密度為1g•cm^-3，取1L，則含氨氣153mg，則氨氣的物質的量為：n=$\frac{153×1{0}^{-3}g}{17g/mol}$=9×10^-3mol，該廢氨水中氨的物質的量濃度為c=$\frac{9×1{0}^{-3}mol}{1L}$=9×10^-3mol/L，
故答案為：9×10^-3mol/L；
（2）n（NH₃）=$\frac{（153-17）mg/L}{17g/mol}$×10^-3g/mg×600m³×10³L/m³=4800 mol，
故答案為：4800 mol；
（3）①根據氨氣被氧氣恰好完全氧化為NO的方程式，可假設氨氣的體積是4L，設需要空氣的體積為y，
4NH₃+5O₂ $\frac{\underline{催化劑}}{△}$4NO+6H₂O
4          5
4L    0.20y
y=$\frac{4L×5}{4×0.20}$L=25L，氨-空氣混合物中氨的體積分數=$\frac{4L}{4L+25L}$≈0.14，
故答案為：0.14；
②設參加主反應NH₃的為x，副反應的NH₃為y，
4NH₃+5O₂=4NO+6H₂O
4        5
x       $\frac{5x}{4}$

4NH₃+3O₂=2N₂+6H₂O
4        3       2
y       $\frac{3y}{4}$    $\frac{y}{2}$
則$\left\{\begin{array}{l}{x+y=1}\\{\frac{2-\frac{5x}{4}-\frac{3y}{4}}{8+\frac{y}{2}}=\frac{1}{10}}\end{array}\right.$，解得x=0.89，
所以參加主反應的氨占原料氨的體積百分含量為$\frac{0.89}{1}$×100%=89%，
答：參加主反應的氨占原料氨的體積百分含量為89%；
（4）由表格數據可知，固體質量越大，生成氨氣越少，先發(fā)生H⁺+OH^-=H₂O，生成氨氣質量最大為1.87g，樣品質量增大1倍，氨氣的質量不變，可知第一組數據中樣品完全反應，設（NH₄）₂SO₄、NH₄HSO₄的物質的量分別為x、y，
$\left\{\begin{array}{l}{2x+y=\frac{1.87g}{17g/mol}}\\{132x+115y=7.75}\end{array}\right.$，
解得x=n[（NH₄）₂SO₄]=0.05mol，
y=n（NH₄HSO₄）=0.01mol，
則混合物溶解后，溶液中n（NH₄⁺）：n（H⁺）=11：1，
40.00 mL NaOH 溶液中n（NaOH）=0.13mol，NaOH完全反應生成氨氣最大，則
n（H⁺）+11×n（H⁺）=0.13mol，
n（H⁺）=0.13mol×$\frac{1}{12}$=n（NH₄HSO₄），n[（NH₄）₂SO₄]=0.13mol×$\frac{5}{12}$，
混合物質量為0.13mol×$\frac{1}{12}$×115g/mol+0.13mol×$\frac{5}{12}$×135g/mol=8.40g，
答：生成氨氣的質量最大時樣品的質量為8.40g．

點評 本題考查化學反應方程式及物質的量的有關計算，把握發(fā)生的反應及物質的量為中心的基本計算為解答的關鍵，側重分析與計算能力的考查，題目難度較大，（4）為解答的難點．