Question

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

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______．

Answer 1

（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（O₂）/n （NH₃）}=1.7，设氨气的物质的量是xmol，n（O₂）=1.7xmol，空气的物质的量是：1.7xmol×5=8.5xmol，
氨气的体积分数是：

xmol

xmol+8.5xmol

×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N₂、NO₂、H₂O，
故答案为：10.5%；    N₂、NO₂、H₂O；
（3）设a mol NH₃中有x mol用于生产硝酸，其余（a-x） mol NH₃跟生成的硝酸恰好完全反应生成NH₄NO₃．
由4NH₃+5O₂═4NO+6H₂O，4NO+3O₂+2H₂O═4HNO₃得
NH₃+2O₂ ═HNO₃+H₂O                        NH₃ +HNO₃═NH₄NO₃
x mol    x mol  x mol               （a-x）mol     x mol    
依题意，最大程度制取NH₄NO₃，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（NH₄NO₃）═

0.5a

(0.5a×80+0.5a×18+b)÷1000ρ

=

500aρ

49a+b

mol?L^-1
故答案为：

500aρ

49a+b

mol?L^-1 ．