Question

1．工業(yè)上制取硝酸的主要流程圖如圖1：

（1）工業(yè)合成氨的原料是N₂和H₂．裝置A的名稱是合成塔；其中N₂可從空氣中分離出來(lái)，方法是先將空氣液化，然后蒸餾即可得到；H₂可以水和天然氣為原料在催化劑作用下高溫制取，其化學(xué)方程式為CH₄+H₂O（g） CO+3H₂．
（2）在原料氣制備過(guò)程中混有的CO對(duì)催化劑有毒害作用，欲除去原料氣中的CO，可通過(guò)反應(yīng)CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）來(lái)實(shí)現(xiàn)．已知1100K時(shí)該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=0.64，若要使CO的轉(zhuǎn)化率超過(guò)80%，則起始物中c（H₂O）：c（CO）不低于5.8．
Ⅱ．利用石灰乳來(lái)除去硝酸工業(yè)的尾氣（含NO、NO₂），既能凈化尾氣，又能獲得應(yīng)用廣泛的Ca（NO₂）₂，其部分工藝流程如圖2．已知NO和NO₂按1：1通入堿液中生成亞硝酸鹽．
（1）上述工藝中采用氣-液逆流接觸吸收（尾氣從吸收塔底進(jìn)入，石灰乳從吸收塔頂噴淋），其目的是使尾氣中的NO、NO₂ 被充分吸收；濾渣可循環(huán)使用，濾渣的主要成分是Ca（OH）₂（填化學(xué)式）．
（2）該工藝需控制NO 和NO2 物質(zhì)的量之比接近1：1．若n（NO）：n（NO₂）＞1：1，則會(huì)導(dǎo)致排放氣體中NO 含量升高；若n（NO）：n（NO₂）＜1：1，則會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品Ca（NO₂）₂ 中Ca（NO₃）₂ 含量升高．

Answer 1

分析 （1）合成氨的反應(yīng)在合成塔中發(fā)生，原料氣是N₂和H₂，其中N₂是從空氣中分離得來(lái)，先將空氣液化，再蒸餾得N₂．
（2）反應(yīng)CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）的平衡常數(shù)K=$\frac{[CO2]•[H2]}{[CO]•[H2O]}$．
（3）硝酸工業(yè)的尾氣（NO、NO₂等）一般用堿液吸收，工業(yè)上用的最多的是石灰乳．反應(yīng)為：NO+NO₂+2Ca（OH）₂=2Ca（NO₂）₂+H₂O、2NO₂+2Ca（OH）₂=Ca（NO₂）₂+Ca（NO₃）₂+H₂O．該反應(yīng)需要控制NO和NO₂的比例，若NO過(guò)量，NO不能被單獨(dú)吸收；若NO₂過(guò)量，則生成物中的Ca（NO₃）₂含量增高．

解答 解：（1）合成氨的反應(yīng)在合成塔中發(fā)生，原料氣中的N₂是從空氣中分離得來(lái)，先將空氣液化，再蒸餾得N₂，甲烷與水在高溫催化劑條件下生成CO和H₂．
故答案為：合成塔； 液化；  蒸餾或控制N₂的沸點(diǎn)加熱蒸發(fā)；CH₄+H₂O（g）CO+3H₂．  
（2）設(shè)c（H₂O）：c（CO）=x，設(shè)反應(yīng)物c（H₂O）=xmol，c（CO）=1mol，由反應(yīng)方程式CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）可得，當(dāng)CO的轉(zhuǎn)化率為80%時(shí)，平衡時(shí)各物質(zhì)的物質(zhì)的量分別為：[CO]=0.2mol，[H₂O]=（x-0.8）mol，[CO₂]=0.8mol，[H₂]=0.8mol；由K=$\frac{[CO2]•[H2]}{[CO]•[H2O]}$=$\frac{0.8mol×0.8mol}{0.2mol×（x-0.8）mol}$=0.64，解得x=5.8
故答案為：5.8．
Ⅱ．（1）吸收硝酸工業(yè)尾氣采用氣-液逆流接觸吸收（尾氣從吸收塔底進(jìn)入，石灰乳從吸收塔頂噴淋），使得尾氣與石灰乳接觸的時(shí)間更長(zhǎng)，為了使尾氣中的NO、NO₂ 被充分吸收．濾渣可重復(fù)使用，濾渣是過(guò)量的石灰乳．
故答案為：使尾氣中的NO、NO₂ 被充分吸收； Ca（OH）₂．
（2）吸收硝酸工業(yè)尾氣的反應(yīng)為：①NO+NO₂+2Ca（OH）₂=2Ca（NO₂）₂+H₂O  ②2NO₂+2Ca（OH）₂=Ca（NO₂）₂+Ca（NO₃）₂+H₂O．該反應(yīng)需要控制NO和NO₂的比例，若NO過(guò)量，NO不能被有效的吸收，因此排放的尾氣中NO含量升高；若NO₂過(guò)量，發(fā)生第②個(gè)反應(yīng)，則生成物中的Ca（NO₃）₂含量增高．
故答案為：排放氣體中NO 含量升高； 產(chǎn)品Ca（NO₂）₂ 中Ca（NO₃）₂ 含量升高．

點(diǎn)評(píng) 本題主要考察了工業(yè)制硝酸以及硝酸工業(yè)尾氣的處理，結(jié)合化學(xué)平衡等知識(shí)，綜合性比較強(qiáng)．