某化肥厂生产硝酸铵过程如下：原料气①②硝酸③硝酸铵其中反应②为：4NO+3O2+2H2O═4HNO3，原料气为氨气和空气的混合物，假设空气中氧气的体积分数为0.2．（1）写出反应①的化学方程式4N

Question

某化肥厂生产硝酸铵过程如下：原料气

①

 

②

硝酸

③

硝酸铵
其中反应②为：4NO+3O₂+2H₂O═4HNO₃，原料气为氨气和空气的混合物，假设空气中氧气的体积分数为0.2．
（1）写出反应①的化学方程式

4NH₃+5O₂(催化剂.)/(△)4NO+6H₂O

4NH₃+5O₂(催化剂.)/(△)4NO+6H₂O

．
（2）若不考虑副反应且各步反应均完全，为使生产过程中不再补充空气，则原料气中制备硝酸的氨气（包含第③步被硝酸吸收的氨气）的体积分数最大值为

(1)/(6)

(1)/(6)

．
（3）若实际生产中，反应①、②中含氮物质的利用率分别为a、b，反应③中氨的利用率为c、硝酸的利用率为100%，则生产硝酸的氨气占所用氨气总量的体积分数为多少？在合成硝酸铵的全流程中，氨气的总利用率为多少？（请写出该小题的计算过程）

Answer 1

（1）反应①为氨气催化氧化生成NO与水，方程式为：4NH₃+5O₂(催化剂.)/(△)4NO+6H₂O，
故答案为：4NH₃+5O₂(催化剂.)/(△)4NO+6H₂O；
（2）整个过程包括这样几步反应：4NH₃+5O₂(催化剂.)/(△)4NO+6H₂O①、4NO+3O₂+2H₂O=4HNO₃ ②、NH₃+HNO₃=NH₄NO₃ ③，将①+②+③×4可得：2NH₃+2O₂=NH₄NO₃ +H₂O，由总方程式可得n（NH₃）：n（O₂）=1：1，空气中氧气的体积分数为0.2，推知V（NH₃）：V（空气）=1：5，则原料气中氨（包括第③步被硝酸吸收的氨）的体积分数最大值为(1)/(1+5)=(1)/(6)，
故答案为：(1)/(6)；    
（3）令氨气总量为1mol，设生产硝酸的氨气占所用氨气的物质的量为x，则生成硝酸铵的氨气的物质的量为（1-x）mol，反应①、②中含氮物质的利用率分别为a、b，反应③中氨的利用率为c，硝酸的利用率为100%，则根据氮元素守恒NH₃～NO～NHNO₃，故可得硝酸的物质的量为abx mol，制备的硝酸与剩余的氨气反应生成硝酸铵，二者物质的量之比为1：1，则abx mol=（1-x）cmol，解得x=(c)/(ab+c)，
假设消耗NH₃的总物质的量为1mol，其中用于制取HNO₃的NH₃的物质的量为ymol，被HNO₃吸收的NH₃的物质的量为zol，反应①、②中生成的硝酸为abymol，NH₃+HNO₃=NH₄NO₃ ，aby=cz，则：y+z=1、aby=cz，解得：y=(c)/(ab+c)，z=(ab)/(ab+c)，氨的总利用率=(yab+cz)/(1)=(2abc)/(ab+c)，
答：生产硝酸的氨气占所用氨气总量的体积分数为(c)/(ab+c)；氨气的总利用率为(2abc)/(ab+c)．