Question

15．將a mol的NH₃與b mol的O₂混合后，充入一密閉容器，在Pt存在下升溫至700℃，充分反應后，冷卻至室溫．
（1）請討論b∕a的取值范圍及與之對應的溶液的溶質及其物質的量，將結果填于下表中：

b∕a的取值范圍	溶質	溶質物質的量

（2）當a=2.00，b=4.00，在室溫下得到的產(chǎn)物是什么？若該產(chǎn)物的密度為1.44g．ml^-1，則其溶質的質量分數(shù)和物質的量濃度各是多少？

Answer 1

分析 （1）根據(jù)極限法進行分析：0＜$\frac{a}$＜$\frac{5}{4}$，氧氣不足，發(fā)生反應：4NH₃+5O₂=4NO+6H₂O，然后分析溶質和其物質的量；
$\frac{a}$=$\frac{5}{4}$，恰好反應，發(fā)生反應：4NH₃+5O₂=4NO+6H₂O，NO不溶于水，也不與水反應；
$\frac{5}{4}$＜$\frac{a}$＜2，先發(fā)生反應：4NH₃+5O₂=4NO+6H₂O，然后發(fā)生反應：4NO+3O₂+2H₂O→4HNO₃，O₂不足，然后分析溶質和其物質的量；
$\frac{a}$≥2  發(fā)生反應：4NH₃+8O₂=4HNO₃+4H₂O，O₂過量，然后分析溶質和其物質的量；
（2）計算出$\frac{a}$，然后根據(jù)（1）判斷產(chǎn)物，然后得出溶液質量，結合產(chǎn)物密度計算出溶液體積，最后計算出溶質質量分數(shù)及物質的量濃度．

解答 解：（1）根據(jù)極限法進行分析：0＜b∕a＜5∕4，O₂不足，發(fā)生反應：4NH₃+5O₂=4NO+6H₂O，溶質為NH₃，參加反應的NH₃的物質的量為：$\frac{4b}{5}$mol，剩余的NH₃的物質的量為（a-$\frac{4b}{5}$）mol；
$\frac{a}$=$\frac{5}{4}$，恰好反應，發(fā)生反應：4NH₃+5O₂=4NO+6H₂O，NO不溶于水，也不與水反應，所以溶液中無溶質，
$\frac{5}{4}$＜$\frac{a}$＜2，先發(fā)生4NH₃+5O₂=4NO+6H₂O，生成NOamol，消耗O₂為：$\frac{5}{4}$amol，然后發(fā)生反應：4NO+3O₂+2H₂O→4HNO₃，O₂不足，溶質為HNO₃，參加反應的氧氣的物質的量bmol-$\frac{5}{4}$amol，生成的HNO₃為（bmol-$\frac{5}{4}$amol）×$\frac{4}{3}$=$\frac{4b-5a}{3}$mol，
$\frac{a}$≥2  發(fā)生反應：4NH₃+8O₂=4HNO₃+4H₂O，O₂過量，溶質為HNO₃，其物質的量為amol；
故答案為：

b∕a的取值范圍	溶質	溶質物質的量
0＜$\frac{a}$＜$\frac{5}{4}$	NH3	（a-$\frac{4b}{5}$）mol
$\frac{a}$=$\frac{5}{4}$	/	/
$\frac{5}{4}$＜$\frac{a}$＜2	HNO3	$\frac{4b-5a}{3}$mol
$\frac{a}$≥2	HNO3	amol

（2）當a=2.00，b=4.00時$\frac{a}$=2，則反應后溶質為硝酸，反應生成a mol硝酸的同時也生成了a mol的水，則產(chǎn)物總質量為：63ag+18ag=81ag，溶質的質量分數(shù)為：$\frac{63ag}{81ag}$×100%≈78%；
反應后溶液體積為：V=$\frac{m}{ρ}$=$\frac{81ag}{1.44g/mL}$=56.25a ml=0.05625aL，則溶質的物質的量濃度為：$\frac{amol}{0.05625aL}$≈17.8mol/L，
答：反應生成a mol硝酸和a mol的水；反應后溶質的質量分數(shù)為78%；溶液濃度為17.8mol/L．

點評 本題主要考察反應物的多少對反應的影響和基本計算公式的熟練使用，題目難度較大，明確發(fā)生反應的實質為解答關鍵，注意熟練掌握物質的量與物質的量濃度、摩爾質量等之間的關系．