Question

10．聯(lián)合生產(chǎn)是實現(xiàn)節(jié)能減排的重要措施，工業(yè)上合成氨和硝酸銨的聯(lián)合生產(chǎn)具有重要意義，其中一種工業(yè)合成的簡易流程圖如圖1：

（1）NH₄NO₃溶液呈酸性的原因是NH₄⁺+H₂O?NH₃•H₂O+H⁺（用離子方程式表示）．
（2）Ⅴ→Ⅵ過程在吸收塔中進(jìn)行，該過程中通入過量空氣的目的是增大NO的轉(zhuǎn)化率．
（3）工業(yè)上常用氨水吸收天然氣中的H₂S雜質(zhì)，產(chǎn)物為NH₄HS．一定條件下向NH₄HS溶液中通入空氣，得到單質(zhì)硫并使吸收液再生，該再生反應(yīng)的化學(xué)方程式是2NH₄HS+O₂$\frac{\underline{\;一定條件\;}}{\;}$2NH₃•H₂O+2S↓．
（4）已知：2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H=-566.0kJ•mol^-1
CH₄（g）+H₂O（g）═CO（g）+3H₂（g）△H=+206.2kJ•mol^-1
2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-571.6kJ•mol^-1
CH₄（g）與H₂O（g）反應(yīng)生成CO₂（g）和H₂（g）的熱化學(xué)方程式是CH₄（g）+2H₂O（g）=CO₂（g）+4H₂（g）△H=+209 kJ•mol^-1．
（5）某化工廠利用電解NO制備硝酸銨，其工作原理如圖2所示，電極X是陰極，Y極的電極反應(yīng)式是NO-3e^-+2H₂O=NO₃^-+4H⁺．
（6）在聯(lián)合生產(chǎn)制備NH₄NO₃過程中，由NH₃制NO的產(chǎn)率是90%，NO制HNO₃的產(chǎn)率是85%，不考慮其它損耗，則制HNO₃所用NH₃的質(zhì)量占總耗NH₃質(zhì)量的57%（保留兩位有效數(shù)字）．

Answer 1

分析 工業(yè)上合成氨和硝酸銨的聯(lián)合生產(chǎn)：天然氣和水蒸氣發(fā)生反應(yīng)CH₄+H₂O═CO+3H₂，氮?dú)夂蜌錃獍l(fā)生反應(yīng)N₂+3H₂2NH₃；氨氣易液化，通過液化分離出氨氣，氨氣催化氧化，4NH₃+5O₂$\frac{\underline{催化劑}}{△}$4NO+6H₂0，一氧化氮和氧氣和水反應(yīng)生成硝酸，4NO+3O₂+2H₂O=4HNO₃，氨氣和硝酸反應(yīng)生成硝酸銨．
（1）硝酸銨是強(qiáng)酸弱堿鹽，銨根離子水解使硝酸銨溶液顯酸性；
（2）Ⅴ→Ⅵ過程在吸收塔中進(jìn)行，2NO+O₂═2NO₂；3NO₂+H₂O═2HNO₃+NO；4NO₂+O₂+H₂O═4HNO₃，為使NO充分氧化而生成硝酸，應(yīng)通入過量空氣；
（3）吸收液為氨水，產(chǎn)物為NH₄HS，吸收液再生，即反應(yīng)過程中生成一水合氨，依據(jù)原子守恒和電子守恒書寫化學(xué)方程式；
（4）根據(jù)蓋斯定律，由已知熱化學(xué)方乘以適當(dāng)?shù)南禂?shù)進(jìn)行加減構(gòu)造目標(biāo)熱化學(xué)方程式，反應(yīng)熱也乘以相應(yīng)的系數(shù)并進(jìn)行相應(yīng)的加減，據(jù)此計算；
（5）工業(yè)上電解NO制備 NH₄NO₃，由裝置圖可知陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，NO被氧化生成NO₃^-，陰極發(fā)生還原反應(yīng)，NO被還原生成NH₄⁺；
（6）根據(jù)氮原子守恒可知，NH₃～NO～HNO₃，假設(shè)氨氣為1mol，根據(jù)原子守恒計算制備的硝酸，每一步損失率、利用率都以氨氣計算．

解答 解：（1）NH₄NO₃溶于水，溶液顯酸性，是因為銨根離子水解使硝酸銨溶液顯酸性，水解離子反應(yīng)為：NH₄⁺+H₂O?NH₃•H₂O+H⁺，
故答案為：NH₄⁺+H₂O?NH₃•H₂O+H⁺；
（2）Ⅴ→Ⅵ過程在吸收塔中進(jìn)行，2NO+O₂═2NO₂；3NO₂+H₂O═2HNO₃+NO；4NO₂+O₂+H₂O═4HNO₃，為使NO充分氧化而生成硝酸，應(yīng)通入過量空氣，增大NO的轉(zhuǎn)化率，
故答案為：增大NO的轉(zhuǎn)化率；
（3）H₂S雜質(zhì)常用氨水吸收，產(chǎn)物為NH₄HS，吸收液為氨水，一定條件下向NH₄HS溶液中通入空氣，得到單質(zhì)硫并使吸收液再生，即反應(yīng)過程中生成一水合氨，依據(jù)原子守恒和電子守恒配平書寫化學(xué)方程式為：2NH₄HS+O₂$\frac{\underline{\;一定條件\;}}{\;}$2NH₃•H₂O+2S↓，
故答案為：2NH₄HS+O₂$\frac{\underline{\;一定條件\;}}{\;}$2NH₃•H₂O+2S↓；
（4）①2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H=-566.0kJ•mol^-1
②CH₄（g）+H₂O（g）═CO（g）+3H₂（g）△H=+206.2kJ•mol^-1
③2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-571.6kJ•mol^-1
依據(jù)蓋斯定律①×$\frac{1}{2}$+②-③×$\frac{1}{2}$得到熱化學(xué)方程式為：CH₄（g）+2H₂O（g）=CO₂（g）+4H₂（g）△H=（-566.0kJ•mol^-1）×$\frac{1}{2}$+（+206.2kJ•mol^-1）-（-571.6kJ•mol^-1
）×$\frac{1}{2}$=+209 kJ•mol^-1；
故答案為：CH₄（g）+2H₂O（g）=CO₂（g）+4H₂（g）△H=+209 kJ•mol^-1；
（5）電解NO制備NH₄NO₃，陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，NO被氧化生成NO₃^-，由裝置圖可知，電極Y是陽極，反應(yīng)為NO-3e^-+2H₂O=NO₃^-+4H⁺，則X為陰極，陰極反應(yīng)為：NO+5e^-+6H⁺=NH₄⁺+H₂O
故答案為：陰； NO-3e^-+2H₂O=NO₃^-+4H⁺；
（6）由NH₃制NO的產(chǎn)率是90%、NO制HNO₃的產(chǎn)率是85%，根據(jù)氮原子守恒可知，NH₃～NO～HNO₃，則1mol氨氣可得到硝酸1mol×90%×85%=0.765mol，由HNO₃+NH₃═NH₄NO₃，則該反應(yīng)消耗的氨氣的物質(zhì)的量為0.765mol，氨氣的質(zhì)量之比等于物質(zhì)的量之比，則制HNO₃所用去的NH₃的質(zhì)量占總耗NH₃質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)為$\frac{1}{1+0.765}$×100%≈57%，
故答案為：57．

點評 本題考查工業(yè)上合成氨和硝酸銨，涉及反應(yīng)熱計算、多步反應(yīng)的有關(guān)計算、電解等知識，側(cè)重考查學(xué)生分析思維能力，注意利用守恒思想計算，也可以利用關(guān)系式計算，題目難度中等．