Question

【題目】【化學(xué) 選修2：化學(xué)與技術(shù)】

工業(yè)上制取硝酸銨的流程圖如下，請回答下列問題：

（1）在上述工業(yè)制硝酸的生產(chǎn)中，B設(shè)備的名稱是 ，其中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為 。

（2）此生產(chǎn)過程中，N2與H2合成NH3所用的催化劑是 。1909年化學(xué)家哈伯在實(shí)驗(yàn)室首次合成了氨，2007年化學(xué)家格哈德·埃特爾在哈伯研究所證實(shí)了氫氣與氮?dú)庠诠腆w催化劑表面合成氨的反應(yīng)過程，示意圖如下：

分別表示N2、H2、NH3 。圖⑤表示生成的NH3離開催化劑表面，圖②和圖③的含義分別是 、 。

（3）在合成氨的設(shè)備（合成塔）中，設(shè)置熱交換器的目的是 ；在合成硝酸的吸收塔中通入空氣的目的是 。

（4）生產(chǎn)硝酸的過程中常會(huì)產(chǎn)生一些氮的氧化物，可用如下兩種方法處理：堿液吸收法：NO+NO2+2NaOH＝2NaNO2+H2O

NH3還原法：8NH3+6NO2 7N2+12H2O（NO也有類似的反應(yīng)）

以上兩種方法中，符合綠色化學(xué)的是 。

（5）某化肥廠用NH3制備NH4NO3。已知：由NH3制NO的產(chǎn)率是96%、NO制HNO3的產(chǎn)率是92%，則制HNO3所用去的NH3的質(zhì)量占總耗NH3質(zhì)量（不考慮其它損耗）的 %。

Answer 1

【答案】（1）氧化爐， 4NH3+5O2 4NO+6H2O。

（2）鐵砂網(wǎng)（或鐵）。N2、H2被吸附在催化劑表面；在催化劑表面，N2、H2中化學(xué)鍵斷裂

（3）利用余熱，節(jié)約能源；可使NO循環(huán)利用，全部轉(zhuǎn)化成HNO3

（4）NH3還原法

（5）53

【解析】

試題分析：（1）在工業(yè)制硝酸的生產(chǎn)中，氨的催化氧化在氧化爐中進(jìn)行，故B設(shè)備的名稱是氧化爐，發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為4NH3+5O24NO+6H2O。

（2）分析工藝流程知此生產(chǎn)過程中，N2與H2合成NH3所用的催化劑是鐵砂網(wǎng)（或鐵）；分析圖示知圖②和圖③的含義分別是N2、H2被吸附在催化劑表面在催化劑表面、N2、H2中化學(xué)鍵斷裂。

（3）合成氨的反應(yīng)為放熱反應(yīng)，在合成氨的設(shè)備（合成塔）中，設(shè)置熱交換器的目的是利用余熱，節(jié)約能源；在合成硝酸的吸收塔中通入空氣的目的是可使NO循環(huán)利用，全部轉(zhuǎn)化成HNO3。

（4）堿液吸收法中，只有當(dāng)NO和NO2的物質(zhì)的量之比小于等于1:1時(shí)尾氣才能吸收完全，且生成物亞硝酸鈉有毒，而NH3還原法生成物為氮?dú)夂退�，對環(huán)境無影響，故兩種方法中，符合綠色化學(xué)的是NH3還原法。

（5）設(shè)生產(chǎn)硝酸的NH3的物質(zhì)的量為1mol，根據(jù)關(guān)系式：NH3——HNO3和題給信息計(jì)算生成HNO3的物質(zhì)的量為：1 mol×96%×92%=0.88 mol；根據(jù)反應(yīng)：NH3+HNO3NH4NO3知與硝酸反應(yīng)的NH3的物質(zhì)的量為0.88mol，故制HNO3用去NH3的質(zhì)量占總消耗NH3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：×100%=53%。