Question

13．硝酸銨是一種重要的工業(yè)產(chǎn)品，某工廠制備硝酸銨的流程圖如下．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（或氧化器），其中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為4NH₃+5O₂$\frac{\underline{\;Rt、Rh\;}}{△}$4NO+6H₂O．
（2）1909年化學(xué)家哈伯在實驗室首次合成了氨，2007年諾貝爾化學(xué)獎獲得者格哈德•埃持爾在哈伯研究基礎(chǔ)上證實了氨氣與氮氣在固體催化劑表面合成氨的反應(yīng)過程，示意圖如圖2：

已知圖⑤表示生成的NH₃離開催化劑表面，圖②和圖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可使NO循環(huán)利用，全部轉(zhuǎn)化成HNO₃．
（4）若用NH₃制取NO的轉(zhuǎn)化率為96%，NO轉(zhuǎn)化則制取HNO₃的氨占全部氨的物質(zhì)的量分數(shù)為51%．

Answer 1

分析 （1）B裝置中氨氣與氧氣在催化劑存在條件下加熱反應(yīng)生成NO和水，據(jù)此判斷裝置名稱并寫出反應(yīng)的化學(xué)方程式；
（2）按照氣體分子向催化劑表面靠近、被吸附、分子分解成原子、氮原子和氫原子結(jié)合生成氨氣、氨氣分子離開催化劑的順序解答；
（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）根據(jù)NH₃制NO的產(chǎn)率是96%，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)量的百分數(shù)．

解答 解：（1）B中氨氣被催化氧化生成一氧化氮，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：4NH₃+5O₂$\frac{\underline{\;Rt、Rh\;}}{△}$4NO+6H₂O，該裝置名稱為氧化爐（或氧化器），
故答案為：氧化爐（或氧化器）；4NH₃+5O₂$\frac{\underline{\;Rt、Rh\;}}{△}$4NO+6H₂O；
（2）氮氣、氫氣在催化劑表面合成氨反應(yīng)過程的順序為：圖①氮氣分子和氫氣分子向催化劑表面靠近，圖②氮氣和氫氣吸附在催化劑的表面，圖③在催化劑的作用下分解成氫原子和氮原子，圖④表示氮原子與氫原子重新結(jié)合成氨分子，圖⑤生成的氨氣離開催化劑表面，
故答案為：N₂、H₂被吸附在催化劑表面；在催化劑表面，N₂、H₂中化學(xué)鍵斷裂；
（3）合成氨的反應(yīng)屬于放熱反應(yīng)，反應(yīng)過程中會放出大量的熱，用熱交換器可以充分利用余熱，節(jié)約能源；在吸收塔中二氧化氮與水反應(yīng)生成硝酸和NO，通入空氣，NO能被空氣中的氧氣氧化為二氧化氮，二氧化氮再與水反應(yīng)生成硝酸，這樣使NO循環(huán)利用，全部轉(zhuǎn)化為硝酸；
故答案為：利用余熱，節(jié)約能源；可使NO循環(huán)利用，全部轉(zhuǎn)化成HNO₃；
（4）由NH₃制NO的產(chǎn)率是96%，根據(jù)氮原子守恒可知，NH₃～NO～HNO₃，則1mol氨氣可得到硝酸1mol×96%=0.96mol，由HNO₃+NH₃═NH₄NO₃，則該反應(yīng)消耗的氨氣的物質(zhì)的量為0.96mol，氨氣的質(zhì)量之比等于物質(zhì)的量之比，則制HNO₃所用去的NH₃的質(zhì)量占總耗NH₃質(zhì)量的百分數(shù)為：$\frac{1mol}{1mol+0.96mol}$×100%=51%；即制HNO₃所用去的NH₃的質(zhì)量占總耗NH₃質(zhì)量的51%，
故答案為：51%．

點評 本題以硝酸的工業(yè)制備為背景，綜合考查對化學(xué)反應(yīng)中化學(xué)鍵變化、轉(zhuǎn)化率計算等考點以及對圖形的觀察能力、推理能力，題目難度中等，注意掌握工業(yè)制取硝酸的反應(yīng)原理．