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工业合成氨与制备硝酸一般可连续生产,流程如图1:在800℃、铂催化剂存在条件下,氨与氧气反应的主要产物是NO 和H2O.在实际生产中氨的氧化率与混合气中氧氨比(氧气与氨气物质的量比,以γ{n(O2)/n(NH3)}表示)的关系如图2所示.请回答下列各题:(1)若氨氧化率达到100%,理论上γ{n(O2)/n (NH3)}为1.25,而实际生产要将γ值维持在1.7~2.2之间,其原因是 .(2)若使氨的氧化率达到95%,应控制氨在氨、空气混合气体中的体积分数约为 (设氧气占空气的体积分数为20%).将γ=1.75的氨、空气混合气体通入800℃、盛有铂催化剂的氧化炉,充分反应后导入到吸收塔的气体的主要成分是 .(3)现以a mol NH3和足量空气为原料(不考虑N2的反应)最大程度制取NH4NO3,经过一系列转化反应后,向反应后的混合物中加入b g水,得到密度为ρ g?mL-1的溶液,计算该溶液中NH4NO3物质的量浓度可能的最大值 .试题及答案-解答题-云返教育
试题详情
工业合成氨与制备硝酸一般可连续生产,流程如图1:
在800℃、铂催化剂存在条件下,氨与氧气反应的主要产物是NO 和H
2
O.在实际生产中氨的氧化率与混合气中氧氨比(氧气与氨气物质的量比,以γ{n(O
2
)/n(NH
3
)}表示)的关系如图2所示.
请回答下列各题:
(1)若氨氧化率达到100%,理论上γ{n(O
2
)/n (NH
3
)}为1.25,而实际生产要将γ值维持在1.7~2.2之间,其原因是
.
(2)若使氨的氧化率达到95%,应控制氨在氨、空气混合气体中的体积分数约为
(设氧气占空气的体积分数为20%).将γ=1.75的氨、空气混合气体通入800℃、盛有铂催化剂的氧化炉,充分反应后导入到吸收塔的气体的主要成分是
.
(3)现以a mol NH
3
和足量空气为原料(不考虑N
2
的反应)最大程度制取NH
4
NO
3
,经过一系列转化反应后,向反应后的混合物中加入b g水,得到密度为ρ g?mL
-1
的溶液,计算该溶液中NH
4
NO
3
物质的量浓度可能的最大值
.
试题解答
见解析
(1)从如何降低成本还能提高氨气的转化率角度考虑;
(2)根据n(O
2
)/n (NH
3
)=1.7及空气中氧气约占空气体积的20%计算;γ=1.75的氨、空气混合气体,氧气足量,反应生成气体主要是二氧化氮和水,空气中的氮气不反应;
(3)依据题意,最大程度的生成硝酸铵,求出氨气催化氧化的物质的量,计算出生成硝酸铵的物质的量浓度.
(1)由于一方面提高氧气量,增大氨的氧化率;另方面γ值在该范围,氨的氧化率已高达95~99%,再提高,氨的氧化率上升空间已有限,反而会增加能耗,提高生产成本,所以而实际生产要将γ值维持在1.7~2.2之间,
故答案为:一方面提高氧气量,增大氨的氧化率;另方面γ值在该范围,氨的氧化率已高达95~99%,再提高,氨的氧化率上升空间已有限,反而会增加能耗,提高生产成本;
(2)氨的氧化率达到95%,γ{n(O
2
)/n (NH
3
)}=1.7,设氨气的物质的量是xmol,n(O
2
)=1.7xmol,空气的物质的量是:1.7xmol×5=8.5xmol,
氨气的体积分数是:
×100%=10.5%,
由于空气足量,一氧化氮完全转化成了二氧化氮,吸收塔中气体主要成分是N
2
、NO
2
、H
2
O,
故答案为:10.5%; N
2
、NO
2
、H
2
O;
(3)设a mol NH
3
中有x mol用于生产硝酸,其余(a-x) mol NH
3
跟生成的硝酸恰好完全反应生成NH
4
NO
3
.
由4NH
3
+5O
2
═4NO+6H
2
O,4NO+3O
2
+2H
2
O═4HNO
3
得
NH
3
+2O
2
═HNO
3
+H
2
O NH
3
+HNO
3
═NH
4
NO
3
x mol x mol x mol (a-x)mol x mol
依题意,最大程度制取NH
4
NO
3
,则应该满足(a-x)=x,
解得 x=0.5a,
所以,硝酸的物质的量浓度是:c(NH
4
NO
3
)═
=
mol?L
-1
故答案为:
mol?L
-1
.
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选修2
苏教版
解答题
高中
化学
工业合成氨
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