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+NaNO₃+CO₂

方法二：氨还原法：8NH₃+6NO₂7N₂+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(NO也有类似反应)

上述三种方法中，方法一最大的缺点是______________；方法二和方法三相比，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NH₃的质量占总消耗NH₃质量(不考虑其它损耗)的__________％(保留三位有效数字)。

Answer

（1）合成塔；利用余热，节约能源；铁砂网；防止催化剂中毒；

（2）N2、H2被吸附在催化剂表面；在催化剂表面N2、H2中的化学键断裂；

（3）4NO+3O2+2H2O=4HNO3；使NO循环利用，全部转化为硝酸；

（4）单独的NO不能被吸收；甲烷比氨价格便宜；耗能高；（5）54.4

【解析】

试题分析：（1）合成氨的工业设备是合成塔；合成氨的反应属于放热反应，反应过程中会放出大量的热，用热交换器可以充分利用余热，节约能源；N2与H2合成NH3所用的催化剂是铁砂网；生产中原料气必须进行脱硫可以防止催化剂中毒；故答案为：合成塔；利用余热，节约能源；铁砂网；防止催化剂中毒；

（2）图②中两种双原子分子被吸附在催化剂表面，即N2、H2被吸附在催化剂表面；③中分子中的化学键断裂生成原子，即在催化剂表面N2、H2中的化学键断裂生成N原子和H原子；故答案为：N2、H2被吸附在催化剂表面；在催化剂表面N2、H2中的化学键断裂；

（3）在吸收塔中二氧化氮与水反应生成硝酸和NO，通入空气，NO能被空气中的氧气氧化为二氧化氮，二氧化氮再与水反应生成硝酸，这样使NO循环利用，全部转化为硝酸，反应的化学方程式为4NO+3O2+2H2O=4HNO3；故答案为：4NO+3O2+2H2O=4HNO3；使NO循环利用，全部转化为硝酸；

（4）方法一最大的缺点是单独的NO不能被吸收，只能与NO2一起被碱液吸收；方法三和方法二相比，优点是甲烷比氨价格便宜，节约成本；缺点是方法三的反应热为+867kJ•mol-1，耗能较高；故答案为：单独的NO不能被吸收；甲烷比氨价格便宜；耗能高；

（5）由NH3制NO的产率是94%、NO制HNO3的产率是89%，根据氮原子守恒可知，NH3～NO～HNO3，则1mol氨气可得到硝酸1mol×94%×89%=0.8366mol，由HNO3+NH3═NH4NO3，则该反应消耗的氨气的物质的量为0.8366mol，氨气的质量之比等于物质的量之比，则制HNO3所用去的NH3的质量占总耗NH3质量的百分数为 ×100%=54.4%；即制HNO3所用去的NH3的质量占总耗NH3质量的54.4%，故答案为：54.4。

【考点定位】考查合成氨工业、化学计算

【名师点晴】本题考查了工业制备原理应用，流程分析，实验制备物质的分析判断，利用物质的转化及质量守恒的方法来进行简单计算，使用硝酸铵的注意事项，明确转化中的化学反应得出物质之间的关系是解答的关键。（5）的解答可以根据氮原子守恒可知，利用关系式发NH3～NO～HNO3解答。