Question

【化学   选修2：化学与技术】

工业上制取硝酸铵的流程图如下，请回答下列问题：

（1）在上述工业制硝酸的生产中，B设备的名称是              ，其中发生反应的化学方程式为                                                 。

（2）此生产过程中，N₂与H₂合成NH₃所用的催化剂是               。1909年化学家哈伯在实验室首次合成了氨，2007年化学家格哈德·埃特尔在哈伯研究所证实了氢气与氮气在固体催化剂表面合成氨的反应过程，示意图如下：

分别表示N₂、H₂、NH₃ 。图⑤表示生成的NH₃离开催化剂表面，图②和图③的含义分别是                 、                     。

（3）在合成氨的设备（合成塔）中，设置热交换器的目的是                      ；在合成硝酸的吸收塔中通入空气的目的是                               。

（4）生产硝酸的过程中常会产生一些氮的氧化物，可用如下两种方法处理：碱液吸收法：NO+NO₂+2NaOH＝2NaNO₂+H₂O

NH₃还原法：8NH₃+6NO₂ 7N₂+12H₂O（NO也有类似的反应）

以上两种方法中，符合绿色化学的是                                 。

（5）某化肥厂用NH₃制备NH₄NO₃。已知：由NH₃制NO的产率是96%、NO制HNO₃的产率是92%，则制HNO₃所用去的NH₃的质量占总耗NH₃质量（不考虑其它损耗）的         %。

Answer

（1）氧化炉， 4NH3+5O2 4NO+6H2O。

（2）铁砂网（或铁）。N2、H2被吸附在催化剂表面；在催化剂表面，N2、H2中化学键断裂

（3）利用余热，节约能源；可使NO循环利用，全部转化成HNO3

（4）NH3还原法

（5）53

【解析】

试题分析：（1）在工业制硝酸的生产中，氨的催化氧化在氧化炉中进行，故B设备的名称是氧化炉，发生反应的化学方程式为4NH3+5O24NO+6H2O。

（2）分析工艺流程知此生产过程中，N2与H2合成NH3所用的催化剂是铁砂网（或铁）；分析图示知图②和图③的含义分别是N2、H2被吸附在催化剂表面在催化剂表面、N2、H2中化学键断裂。

（3）合成氨的反应为放热反应，在合成氨的设备（合成塔）中，设置热交换器的目的是利用余热，节约能源；在合成硝酸的吸收塔中通入空气的目的是可使NO循环利用，全部转化成HNO3。

（4）碱液吸收法中，只有当NO和NO2的物质的量之比小于等于1:1时尾气才能吸收完全，且生成物亚硝酸钠有毒，而NH3还原法生成物为氮气和水，对环境无影响，故两种方法中，符合绿色化学的是NH3还原法。

（5）设生产硝酸的NH3的物质的量为1mol，根据关系式：NH3——HNO3和题给信息计算生成HNO3的物质的量为：1 mol×96%×92%=0.88 mol；根据反应：NH3+HNO3NH4NO3知与硝酸反应的NH3的物质的量为0.88mol，故制HNO3用去NH3的质量占总消耗NH3的质量分数为：×100%=53%。

考点：考查化学与技术，涉及合成氨工业和硝酸铵的生产，化学方程式的书写和化学计算。