Question

【題目】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)生反應的化學方程式為________________________________________________。

（2）此生產(chǎn)過程中，N2與H2合成NH3所用的催化劑是______________。1909年化學家哈伯在實驗室首次合成了氨，2007年化學家格哈德·埃特爾在哈伯研究所證實了氫氣與氮氣在固體催化劑表面合成氨的反應過程，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+6NO27N2+12H2O（NO也有類似的反應）

以上兩種方法中，符合綠色化學的是________________________________。

（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】氧化爐 4NH3+5O24NO+6H2O 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中化學鍵斷裂 利用余熱，節(jié)約能源 可使NO循環(huán)利用，全部轉(zhuǎn)化成HNO3 NH3還原法 53

【解析】

（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行，故B設(shè)備的名稱是氧化爐，發(fā)生反應的化學方程式為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、N2、H2中化學鍵斷裂。

（3）合成氨的反應為放熱反應，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NO和NO2的物質(zhì)的量之比小于等于1:1時尾氣才能吸收完全，且生成物亞硝酸鈉有毒，而NH3還原法生成物為氮氣和水，對環(huán)境無影響，故兩種方法中，符合綠色化學的是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和題給信息計算生成HNO3的物質(zhì)的量為：1 mol×96%×92%=0.88 mol；根據(jù)反應：NH3+HNO3＝NH4NO3知與硝酸反應的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)量分數(shù)為：×100%=53%。