Question

工业上制取硝酸铵的流程图如下，请回答下列问题：

（1）合成氨的工业设备名称是            ，设备中设置热交换器的目的的是________；此生产过程中，N₂与H₂合成NH₃所用的催化剂是____         ；生产中原料气必须进行脱硫，目的是____         。

（2）吸收塔中反应为          ，从生产流程看，吸收塔中需要补充空气，其原因是              。

（3）生产硝酸的过程中常会发生一些氮的氧化物，可用如下三种方法处理：

方法一：碱吸收法：

NO＋NO₂＋2NaOH=2NaNO₂＋H₂O，2NO₂＋Na₂CO₃=NaNO₂＋NaNO₃＋CO₂

方法二：氨还原法：

8NH₃＋6NO₂=7N₂＋12H₂O(该反应放热，NO也有类似的反应)

方法三：甲烷吸收法：

CH₄(g)＋2NO₂(g)=CO₂(g)＋N₂(g)＋2H₂O(g)  △H=＋867kJ·mol^－1(NO也有类似的反应）

上述三种方法中方法一最大的缺点是____；方法三和方法二相比，优点是________，缺点是_____________。

（4）某化肥厂用NH₃制备NH₄NO₃。已知：由NH₃制NO的产率是94%，NO制HNO₃的产率是89%，则制HNO₃所用的NH₃的质量占总耗NH₃质量（不考虑其他损耗）的            %（保留三位有效数值）。

Answer

（1）合成塔，利用余热，节约能源，铁砂网（或铁或铁触媒），防止催化剂中毒；（2）2NO＋O2＝2NO2，3NO2＋H2O＝2HNO3＋NO（或4NO＋3O2＋2H2O＝4HNO3），可使NO循环利用，提高原料利用率；（3）单独的NO不能被吸收，甲烷比氨价格便宜，耗能高；（4）54.4。

【解析】

试题分析：（1）合成氨的工业设备是合成塔，热交换器的目的合成氨放热反应，可以利用热量对氨的催化氧化中进行加热，节约能源，因此热交换器作用是：利用余热，节约能源，根据流程图：将氮气和氢气通过铁砂网，产生氨气，因此合成氨的催化剂是铁砂网或铁触媒，在生产过程中，应对气体的杂质进行处理，因为这些杂质可能造成催化剂中毒；（2）根据流程图，吸收塔是NO、空气、水之间的反应，因此发生反应的方程式为：4NO＋3O2＋2H2O=4HNO3，补充空气的原因是：可使NO循环利用，提高原料利用率；（3）根据反应方程式的比较，方法一的缺点是：NO不能单独被吸收，方法三和方法二相比，优点是：甲烷比氨气价格便宜，缺点：方法二是放热反应，方法三是吸热反应，因此方法三的缺点是耗能高；（4）NH3→HNO3→NH4NO3，设制取HNO3，消耗NH3为1mol，生成硝酸的物质的量为1×94%×89%=0.837mol，0.837mol硝酸消耗0.837molNH3生成NH4NO3，则所占的百分数为1/(1＋0.837)×100%=54.4%。

考点：考查合成氨、化学计算、实验方案的评价等知识。