题型特点:以常见化工生产流程图为背景,根据不同反应步骤中反应物的利用率计算反应物的投料比或产率。
解题方法:以化学方程式为基础,应用守恒理论,对多个相关联的化学方程式进行简约(叠加),找出分散在不同化学反应中的不同物质之间的化学计量数关系,以此计量关系进行计算。
1.(08南通一检)某化肥厂以氨和空气(其中氧气的体积分数为0.2)为原料生产硝酸铵过程如下:
其中反应①为4NH3+5O24NO+6H2O
⑴步骤②中发生了两个反应,将这两个化学方程式合并为一个化学方程式,可表示为___________________________。
⑵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,则原料气中氨(包括第③步被硝酸吸收的氨)的体积分数最大值为____________。
⑶假设实际生产中,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%,则合成硝酸铵的整个流程中,氨的总利用率是多少?
解析:(1)4NO+3O2+2H2O=4HNO3
(2)①、②、③步反应叠加
4NH3+5O24NO+6H2O
4NO+3O2+2H2O=4HNO3
4NH3+4HNO3=4NH4NO3
4NH3+4O2+H2O=2NH4NO3+3H2O
NH3%=4/(4+4/0.2)=1/6(或16.7%)
(3)解法一: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x mol,被HNO3吸收的NH3的物质的量为ymol,则有:x+y=1、abx=cy。
解得:x=
y=
氨的总利用率=(xab+yc)/1=
解法二:假设第①步参加反应的氨气的物质的量为4mol,则:
生成硝酸的物质的量4abmol;
第③步需要氨气的物质的量为mol;
氨的总利用率==
解法三: 假设生成NH4NO3共1mol
则生成1molHNO3消耗的NH3的物质的量为1/ab,与HNO3反应的NH3的物质的量为1/c ,则氨的总利用率为