(2009?宿遷模擬)工業(yè)合成氨與制備硝酸一般可連續(xù)生產(chǎn),流程如圖1:

在800℃、鉑催化劑存在條件下,氨與氧氣反應(yīng)的主要產(chǎn)物是NO 和H2O.在實際生產(chǎn)中氨的氧化率與混合氣中氧氨比(氧氣與氨氣物質(zhì)的量比,以γ{n(O2)/n(NH3)}表示)的關(guān)系如圖2所示.
請回答下列各題:
(1)若氨氧化率達到100%,理論上γ{n(O2)/n (NH3)}為1.25,而實際生產(chǎn)要將γ值維持在1.7~2.2之間,其原因是
一方面提高氧氣量,增大氨的氧化率;另方面γ值在該范圍,氨的氧化率已高達95~99%,再提高,氨的氧化率上升空間已有限,反而會增加能耗,提高生產(chǎn)成本
一方面提高氧氣量,增大氨的氧化率;另方面γ值在該范圍,氨的氧化率已高達95~99%,再提高,氨的氧化率上升空間已有限,反而會增加能耗,提高生產(chǎn)成本

(2)若使氨的氧化率達到95%,應(yīng)控制氨在氨、空氣混合氣體中的體積分數(shù)約為
10.5%
10.5%

(設(shè)氧氣占空氣的體積分數(shù)為20%).將γ=1.75的氨、空氣混合氣體通入800℃、盛有鉑催化劑的氧化爐,充分反應(yīng)后導入到吸收塔的氣體的主要成分是
N2、NO2、H2O
N2、NO2、H2O

(3)現(xiàn)以a mol NH3和足量空氣為原料(不考慮N2的反應(yīng))最大程度制取NH4NO3,經(jīng)過一系列轉(zhuǎn)化反應(yīng)后,向反應(yīng)后的混合物中加入b g水,得到密度為ρ g?mL-1的溶液,計算該溶液中NH4NO3物質(zhì)的量濃度可能的最大值
500aρ
49a+b
mol?L-1
500aρ
49a+b
mol?L-1
分析:(1)從如何降低成本還能提高氨氣的轉(zhuǎn)化率角度考慮;
(2)根據(jù)n(O2)/n (NH3)=1.7及空氣中氧氣約占空氣體積的20%計算;γ=1.75的氨、空氣混合氣體,氧氣足量,反應(yīng)生成氣體主要是二氧化氮和水,空氣中的氮氣不反應(yīng);
(3)依據(jù)題意,最大程度的生成硝酸銨,求出氨氣催化氧化的物質(zhì)的量,計算出生成硝酸銨的物質(zhì)的量濃度.
解答:解:(1)由于一方面提高氧氣量,增大氨的氧化率;另方面γ值在該范圍,氨的氧化率已高達95~99%,再提高,氨的氧化率上升空間已有限,反而會增加能耗,提高生產(chǎn)成本,所以而實際生產(chǎn)要將γ值維持在1.7~2.2之間,
故答案為:一方面提高氧氣量,增大氨的氧化率;另方面γ值在該范圍,氨的氧化率已高達95~99%,再提高,氨的氧化率上升空間已有限,反而會增加能耗,提高生產(chǎn)成本;
(2)氨的氧化率達到95%,γ{n(O2)/n (NH3)}=1.7,設(shè)氨氣的物質(zhì)的量是xmol,n(O2)=1.7xmol,空氣的物質(zhì)的量是:1.7xmol×5=8.5xmol,
氨氣的體積分數(shù)是:
xmol
xmol+8.5xmol
×100%=10.5%,
由于空氣足量,一氧化氮完全轉(zhuǎn)化成了二氧化氮,吸收塔中氣體主要成分是N2、NO2、H2O,
故答案為:10.5%;    N2、NO2、H2O;
(3)設(shè)a mol NH3中有x mol用于生產(chǎn)硝酸,其余(a-x) mol NH3跟生成的硝酸恰好完全反應(yīng)生成NH4NO3
由4NH3+5O2═4NO+6H2O,4NO+3O2+2H2O═4HNO3
NH3+2O2 ═HNO3+H2O                        NH3 +HNO3═NH4NO3
x mol    x mol  x mol               (a-x)mol     x mol    
依題意,最大程度制取NH4NO3,則應(yīng)該滿足(a-x)=x,
解得 x=0.5a,
所以,硝酸的物質(zhì)的量濃度是:c(NH4NO3)═
0.5a
(0.5a×80+0.5a×18+b)÷1000ρ
=
500aρ
49a+b
mol?L-1
故答案為:
500aρ
49a+b
mol?L-1
點評:本題考查了工業(yè)合成氨的條件選擇、生成硝酸物質(zhì)的量濃度的計算等知識,題目綜合性較強,難度中等.
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