Question

（1）氨氣在工農業有著廣泛的用途。已知25%氨水的密度為0.91 g/cm³，5%氨水的密度為0.98 g/cm³。
①配制100mL 2.5mol/L氨水需要濃度為25%氨水______mL（保留2位小數）。
②若將上述兩溶液等體積混合，所得氨水溶液的質量分數是_____________。
A．等于15%    B．大于15%    C．小于15%    D．無法估算
已知：4NH₃+O₂4NO+6 H₂O，4NO+3O₂+2H₂O4HNO₃
（2）設空氣中氧氣的體積分數為0.20，氮氣的體積分數為0.80。
①a mol NO完全轉化為HNO₃理論上需要氧氣_____________mol。
②為使NH₃恰好完全氧化為NO，氨－空氣混合氣體中氨的體積分數（用小數表示）為_____________
（保留2位小數）。
（3）20.0 mol NH₃用空氣氧化，產生混合物的組成為：NO 18.0 mol、O₂ 12.0 mol、N₂ 150.0 mol和一定量硝酸，以及其他成分（高溫下NO與O₂不化合）。計算氨轉化為NO和HNO₃的轉化率。
（4）20.0 mol NH₃和一定量空氣充分反應后，再轉化為硝酸。通過計算，在圖中畫出HNO₃的物質的量n(A)和空氣的物質的量n (B)關系的理論曲線。

Answer 1

（本題共16分）（1）①18.68mL   ②C  
（2）①0.75a    ②0.14  
（3）7.5%；97.5%
（4）

解析試題分析：（1）①根據c＝可知，濃氨水的物質的量濃度c＝mol/L＝13.4mol/L。設濃氨水的體積為V，則2.5mol/L×0.1L＝13.4mol/L×V，解得V＝0.01868L＝18.68mL。
②若兩種氨水等質量混合，則混合后氨水的質量分數等于15%。等體積的兩種氨水，濃度大的氨水的密度較小，所以質量較小，兩種氨水混合后，質量分數更接近稀氨水的濃度，因此所得氨水溶液的質量分數小于15%，因此答案選C。
（2）①根據化學反應方程式4NO+3O₂+2H₂O→4HNO₃可知，a mol NO完全轉化為HNO₃理論上需要氧氣＝×3＝0.75amol。
②假設氨氣的體積是4L，設需要空氣的體積為y，則根據化學反應方程式可知
4NH₃   +   5O₂4NO+6H₂O
4L        5L
4L       0.20y
解得y＝＝25L
所以氨－空氣混合物中氨的體積分數＝＝0.14
（3）設生成x mol HNO₃，根據反應式4NH₃+5O₂4NO+6 H₂O、4NO+3O₂+2H₂O→4HNO₃可知NH₃+2O₂→HNO₃+H₂O，由于空氣中氮氣的量是氧氣的4倍，所以4（2x＋18.0×＋12.0）＝150.0，解得x＝1.5mol。根據氮原子守恒，NH₃的轉化為HNO₃的轉化率＝×100%＝7.5%；NH₃的轉化為NO的轉化率＝×100%＝97.5%。
（4）根據反應4NH₃+5O₂4NO+6 H₂O①和4NO+3O₂ +2H₂O→4HNO₃②可知，將（①＋②）÷2得到反應NH₃+2O₂→H₂O+HNO₃③。由①③知，當n（O₂）：n（NH₃）≤5:4，即n（空氣）：n（NH₃）≤25:4時無硝酸生成，此時20.0mol氨氣所需空氣量為×20.0mol×5＝125mol；當5:4≤n（O₂）：n（NH₃）≤2:1，即25:4≤n（空氣）：n（NH₃）≤10:1時有硝酸生成，此時20.0mol氨氣所需空氣量為5×2××20.0mol＝200mol，生成硝酸的物質的量是20mol，所以HNO₃的物質的量n（A）和空氣的物質的量n （B）關系的理論曲線為。
考點：考查氨水的物質的量濃度、氨氣催化氧化以及制備硝酸計算和圖像識別等