Question

11．工業(yè)上制取硝酸銨的流程圖如圖1，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)備的名稱是氧化爐，其中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為4NH₃+5O₂ $\frac{\underline{催化劑}}{△}$4NO+6H₂O．
（2）此生產(chǎn)過程中，N₂與H₂合成NH₃所用的催化劑是鐵砂網(wǎng)．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，示意圖如圖2：

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）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使NO循環(huán)利用，全部轉(zhuǎn)化成HNO₃．
（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+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)的是氨氣還原法 ．
（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53%．

Answer 1

分析 （1）氨氣在氧化爐中被催化氧化；氨氣被氧化為NO和水；
（2）N₂與H₂合成NH3所用的催化劑是鐵砂網(wǎng)；圖②中兩種雙原子分子被吸附在催化劑表面；③中分子中的化學(xué)鍵斷裂生成原子；
（3）合成氨的反應(yīng)屬于放熱反應(yīng)，熱交換器可以充分利用余熱，節(jié)約能源；在吸收塔中二氧化氮與水反應(yīng)生成硝酸和NO，NO能被氧氣氧化為二氧化氮；
（4）據(jù)反應(yīng)化學(xué)方程式反應(yīng)物和生成物的性質(zhì)和經(jīng)濟(jì)效益分析，綠色化學(xué)為無污染，原子利用率高的生產(chǎn)；
（5）根據(jù)NH₃制NO的產(chǎn)率是96%、NO制HNO₃的產(chǎn)率是92%，利用氮原子守恒來計算硝酸的量，再由HNO₃跟NH₃反應(yīng)生成NH₄NO₃來計算氨氣的量，最后計算制HNO₃所用去的NH₃的質(zhì)量占總耗NH₃質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)．

解答 解：（1）氨氣在氧化爐中被催化氧化，B設(shè)備的名稱是；氨氣被氧化為NO和水，其反應(yīng)的方程式為：4NH₃+5O₂ $\frac{\underline{催化劑}}{△}$4NO+6H₂O；
故答案為：氧化爐；4NH₃+5O₂ $\frac{\underline{催化劑}}{△}$4NO+6H₂O；
（2）N₂與H₂合成NH₃所用的催化劑是鐵砂網(wǎng)；圖②中兩種雙原子分子被吸附在催化劑表面，即N₂、H₂被吸附在催化劑表面；③中分子中的化學(xué)鍵斷裂生成原子，即在催化劑表面N₂、H₂中的化學(xué)鍵斷裂生成N原子和H原子；
故答案為：鐵砂網(wǎng)；N₂、H₂被吸附在催化劑表面；在催化劑表面N₂、H₂中的化學(xué)鍵斷裂；
（3）合成氨的反應(yīng)屬于放熱反應(yīng)，反應(yīng)過程中會放出大量的熱，用熱交換器可以充分利用余熱，節(jié)約能源；在吸收塔中二氧化氮與水反應(yīng)生成硝酸和NO，通入空氣，NO能被空氣中的氧氣氧化為二氧化氮，二氧化氮再與水反應(yīng)生成硝酸，這樣使NO循環(huán)利用，全部轉(zhuǎn)化為硝酸；
故答案為：利用余熱，節(jié)約能源；使NO循環(huán)利用，全部轉(zhuǎn)化為硝酸；
（4）堿液吸收法：NO+NO₂+2NaOH═2NaNO₂+H₂O，NH₃還原法：8NH₃+6NO₂$\frac{\underline{催化劑}}{△}$7N₂+12H₂O，分析可知堿液吸收法消耗大量的氫氧化鈉生成的亞硝酸鹽毒，NH₃還原法產(chǎn)物無污染，得到合成氨的原料氣，故符合綠色化學(xué)的是氨氣還原法，
故答案為：氨氣還原法；
（5）由NH₃制NO的產(chǎn)率是96%、NO制HNO₃的產(chǎn)率是92%，根據(jù)氮原子守恒可知，NH₃～NO～HNO₃，則1mol氨氣可得到硝酸1mol×96%×92%=0.8832mol，由HNO₃+NH₃═NH₄NO₃，則該反應(yīng)消耗的氨氣的物質(zhì)的量為0.8832mol，氨氣的質(zhì)量之比等于物質(zhì)的量之比，則制HNO₃所用去的NH₃的質(zhì)量占總耗NH₃質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)為$\frac{1mol}{1mol+0.8832mol}$×100%=53%；即制HNO₃所用去的NH₃的質(zhì)量占總耗NH₃質(zhì)量的53%，
故答案為：53．

點(diǎn)評 本題考查了工業(yè)制備原理應(yīng)用，流程分析，實(shí)驗(yàn)制備物質(zhì)的分析判斷，利用物質(zhì)的轉(zhuǎn)化及質(zhì)量守恒的方法來進(jìn)行簡單計算，使用硝酸銨的注意事項(xiàng)，明確轉(zhuǎn)化中的化學(xué)反應(yīng)得出物質(zhì)之間的關(guān)系是解答的關(guān)鍵，題目難度中等．