Question

【題目】已知空氣組成(體積分數(shù))N2：0.800，O2：0.200，氨空氣氧化后的混合氣體組成如下(高溫下NO與O2可以共存)NO：16 mol；O2：7.00 mol；H2O：24.5 mol；N2：112 mol。

完成下列計算：

(1)該混合氣體中NO全部轉化為HNO3，需要___________摩爾O2 。

(2)參加反應的空氣的體積是___________升。(標準狀況下)

(3)向該混合氣體中添加空氣使NO完全轉化為 HNO3，轉化后剩余氣體中(不含H2O)氧氣體積分數(shù)為0.0500。添加空氣多少摩爾？___________

(4)該混合氣體的組成表明NH3氧化產生的NO超過16 mol，有部分NO已和O2、H2O 反應轉化為HNO3。這部分NO是多少摩爾？ _______

Answer 1

【答案】12 2352 69 0.500

【解析】

(1)NO完全轉化為硝酸，發(fā)生反應：4NO+3O2+2H2O=4HNO3，據(jù)此計算需要氧氣總物質的量，減去混合氣體中氧氣物質的量即為需要加入的氧氣；

(2)氮氣不參加反應，結合氮氣體積分數(shù)計算通入空氣體積，用通入的空氣體積減去剩余空氣的體積即為參加反應的空氣體積；

(3)剩余氣體為氮氣、氧氣混合氣體，假設需要通入空氣為x mol，表示轉化后氮氣物質的量，根據(jù)方程式計算參加反應氧氣物質的量，進而表示出剩余氧氣物質的量，利用體積分數(shù)列方程計算；

(4)反應過程中氮氣的量不變，結合氮氣體積分數(shù)計算原空氣中氧氣物質的量，根據(jù)4NH3+5O24NO+6H2O計算參加反應的氧氣，根據(jù)氧氣物質的量守恒計算反應4NO+3O2+2H2O=4HNO3中消耗的氧氣，進而計算轉化為HNO3的NO。

(1)NO完全轉化為硝酸，發(fā)生反應：4NO+3O2+2H2O=4HNO3，根據(jù)方程式可知n(NO)：n(O2)=4：3，n(NO)=16 mol，所以反應需要氧氣總物質的量n(O2)=16 mol×=12 mol；

(2)氮氣不參加反應，N2的體積分數(shù)為0.800，故通入空氣體積為V(空氣)=×22.4 L/mol=3136 L，則參加反應的空氣體積為：3136L-×22.4 L/mol=2352L；

(3)剩余氣體為氮氣、氧氣混合氣體，假設需要通入空氣的物質的量為x mol，表示轉化后N2物質的量為112 mol+0.8x mol，4NO+3O2+2H2O=4HNO3，需要氧氣總物質的量為n(O2)=16 mol×=12 mol，則剩余氧氣為0.2x mol+7.00 mol-12 mol=(0.2x-5)mol，轉化后剩余氣體中(不含H2O) O2體積分數(shù)為0.0500。則=0.0500，解得x=69 mol；

(4)空氣中N2與O2的物質的量比4：1，反應過程中N2的量不變，原來O2的物質的量為112 mol×=28 mol。

設轉化為HNO3的物質的量為n mol，則氨氧化產生的NO的物質的量為（16+n）mol，

由4NH3+5O24NO+6H2O可知，生成（16+n）mol NO消耗氧氣為（16+n）mol×=（20+n）mol，則4NO+3O2+2H2O=4HNO3中消耗O2的物質的量為：28 mol-7 mol-（20+n）mol=n mol，解得n=0.500。