（2013•上海模拟）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

Question

（2013•上海模拟）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+6H₂O
②4NO+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4NH₃+5O₂→4NO+6H₂O，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NH₃+2O₂=HNO₃+H₂O可知氨气全部转化为硝酸，氧气过量，因此生成1molHNO₃，1molH₂O，故答案为：1；
（3）上述反应得到的硝酸溶液为1molHNO₃，1molH₂O，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4NH₃+5O₂→4NO+6H₂O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NH₃+2O₂=HNO₃+H₂O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4NH₃+5O₂→4NO+6H₂O，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4NH₃+5O₂→4NO+6H₂O，剩余的氧气再发生反应4NO+3O₂+2H₂O→4HNO₃，根据反应4NH₃+5O₂→4NO+6H₂O求的xmolNH₃需要氧气(5)/(4)x，剩余氧气0.2×（100-x）-(5)/(4)x，根据反应4NO+3O₂+2H₂O→4HNO₃，3O₂～4HNO₃，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)．