工业上用氨气与空气的混合气在一定条件下制硝酸，发生的反应是：①4NH3+5O2→4NO+6H2O②4NO+3O2+2H2O→4HNO3设空气中氧气的体积分数为0.20，氮气体积分数为0.80，请完成下列填空及

Question

工业上用氨气与空气的混合气在一定条件下制硝酸，发生的反应是：
①4NH ₃ +5O ₂ →4NO+6H ₂ O
②4NO+3O ₂ +2H ₂ O→4HNO ₃
设空气中氧气的体积分数为0.20，氮气体积分数为0.80，请完成下列填空及计算：
（1）为使氨气恰好完全氧化为一氧化氮，氨气与空气的混合气中氨的体积分数（用小数表示）为______（保留2位小数）．
（2）现将1mol的氨气与12mol的空气混合反应，可得到硝酸______mol；
（3）向上述溶液中加入______mL 20%的硝酸（密度为1.11g/mL），才能得到69%的硝酸溶液．
（4）现有100mol的原料气，其中含氨气为xmol，反应后生成的硝酸ymol．在得到硝酸的条件下，写出x与y的关系式．（写出解题过程）

Answer 1

（1）氨气恰好完全氧化为一氧化氮，发生反应4NH ₃ +5O ₂ →4NO+6H ₂ O，氨气和氧气物质的量之比为4：5，即氨气和空气物质的量之比为4：（5÷0.2）=4：25，所以氨气所占体积分数即物质的量分数为 (4)/(29) =0.14，故答案为：0.14；
（2）将1mol的氨气与12mol的空气混合反应，12mol空气中含氧气2.4mol，根据NH ₃ +2O ₂ =HNO ₃ +H ₂ O可知氨气全部转化为硝酸，氧气过量，因此生成1molHNO ₃ ，1molH ₂ O，故答案为：1；
（3）上述反应得到的硝酸溶液为1molHNO ₃ ，1molH ₂ O，质量为81g，根据溶液中硝酸物质的量和加入硝酸物质的量之和为69%的硝酸溶液中所含硝酸溶质的物质的量，列式计算：设加入20%的硝酸体积为v，则根据溶质相等得63+v•1.11×20%=（81+v•1.11）×69%，解得v=13.07ml，故答案为：13.07；
（4）100ml混合气体中氨气为xmol，空气为（100-x）ml，氧气为0.2×（100-x）ml；
若按反应4NH ₃ +5O ₂ →4NO+6H ₂ O进行，无硝酸生成，氨气与氧气按照4：5反应，则4：5=x：0.2×（100-x），x= (400)/(29) ；
若恰好按反应NH ₃ +2O ₂ =HNO ₃ +H ₂ O进行，氨气全部转化为硝酸，氨气和氧气按照1：2进行，则1：2=x：0.2×（100-x），
x= (100)/(11) ；
讨论：①当x≤ (400)/(29) 时只发生4NH ₃ +5O ₂ →4NO+6H ₂ O，无硝酸生成；
②当x≥ (100)/(11) ，氨气全部生成硝酸；
③当 (400)/(29) ≤x≤ (100)/(11) 时，发生反应4NH ₃ +5O ₂ →4NO+6H ₂ O，剩余的氧气再发生反应4NO+3O ₂ +2H ₂ O→4HNO ₃ ，根据反应4NH ₃ +5O ₂ →4NO+6H ₂ O求的xmolNH ₃ 需要氧气 (5)/(4) x，剩余氧气0.2×（100-x）- (5)/(4) x，根据反应4NO+3O ₂ +2H ₂ O→4HNO ₃ ，3O ₂ ～4HNO ₃ ，得到3：4=[0.2×（100-x）- (5)/(4) x]：y，计算得：y= (80)/(3) - (29x)/(15) ；
答：①x≤ (100)/(11) ，y=x  
② (100)/(11) ＜x＜ (400)/(29) ，y= (80)/(3) - (29x)/(15) ．