30．以天然气为原料合成氨是新的生产氮肥的方法，它具有污染小、成本低等诸多特点，其过程大体如下：

Question

某工厂以标准状况下的含CH4 89.6%的天然气100 m3为原料经过上述过程，生产尿素和硝酸铵。
（1）写出由天然气、空气和水为原料，合成尿素和NH4NO3的化学反应方程式：
（2）合成氨生产过程中氨的产率为60%，假设其它各步反应均完全且不考虑副反应，求100 m3的天然气可生产尿素的质量。
（3）为使硝酸生产过程中不再补充空气，假设各步反应均完全且氨中氮元素全部转化为HNO3，空气中氧气的体积分数设为20%，求由氨气和空气组成的原料气中 (不包含被硝酸吸收的氨气)氨气与空气的体积比。
（4）实际生产中，若氨的产率为60%，硝酸的产率为80%，求100 m3的天然气最多可生产硝酸铵的质量。
(注：产率=×100%)
答案：30．（1）CH4 +2H2O → CO2 +4H2、3H2 +N2 → 2NH3、2NH3 +CO2 → CO(NH2)2 +H2O ；
4NH3 +5O2 → 4NO + 6H2O、 2NO + O2 → 2NO2、3NO2 +2 H2O → 2HNO3 +NO、
NH3 + HNO3 → NH4NO3 （4分）
（2）CH4： =4000 mol
CH4 ～ 4H2 ～ 8/3 NH3
合成氨的物质的量为：4000 mol ×8/3×60%=6400 mol (2分)
2NH3 ～ CO(NH2)2
生产尿素的质量为：
6400 mol×1/2×60 g/mol= 192000 g =192 kg (2分)
（3）氨中氮元素全部转化为HNO3 ，则5NH3 ～ 10 O2
V(NH3 )∶V(空气)==5∶10/20%==1∶10 (4分)
（4）设用于生产硝酸的氨的物质的量为x
6400 mol－x = x×80% x=3555.6 mol
NH4NO3 的质量为 3555.6 mol×80%×80 g/mol = 227558.4 g ==227.6 kg (4分

第三个问题中，怎么看出NH3与氧气的体积比是5：10？

Answer 1

NH3 + 2O2 -----> HNO3 + H2O
1.........2
5.........10

Answer 2

NH3中-3价N都要到HNO3中+5价，即升高8
O2，一般降低4
即NH3-----2O2
即5：10=1：2