Question

【題目】【化學(xué)選修2：化學(xué)與技術(shù)】硝酸銨可用作化肥、軍用炸藥、殺蟲劑、冷凍劑等。工業(yè)制取硝酸銨的工藝流程如下：

（1）合成氨氣的工業(yè)設(shè)備名稱_______________，設(shè)備中設(shè)置熱交換器的目的是____________，合成氨的原料氣必須先脫硫，目的是_______________；

（2）吸收塔中反應(yīng)的化學(xué)方程式為_________________________，從生產(chǎn)流程看，吸收塔中需要補(bǔ)充空氣，其原因是_______________；

（3）生產(chǎn)硝酸的過程中常會(huì)產(chǎn)生氮的氧化物，可用如下三種方法處理：

方法一：堿性溶液吸收法

NO+NO2+2NaOH═2NaNO2+H2O；2NO2+Na2CO3═NaNO2+NaNO3+CO2

方法二：NH3還原法

8NH3(g)+6NO2(g)═7N2(g)+12H2O(g)△H=-2635kJ/mol(NO也有類似的反應(yīng))

方法三：甲烷吸收法

CH4(g)+2NO2═CO2(g)+N2+2H2O(g)△H=+867kJ/mol(NO也有類似的反應(yīng))

上述三種方法中，方法一的主要缺點(diǎn)是_______________；

方法三和方法二相比，方法三的缺點(diǎn)是_______________；

（4）工業(yè)上也可以通過電解NO制備NH4NO3，其工作原理如圖所示．

①圖中通入NH3的目的是_______________；

②若維持電流強(qiáng)度為3A，電解2小時(shí)，理論上可制得NH4NO3的最大質(zhì)量為_____g；(已知F=96500Cmol-l)(保留2位有效數(shù)字)．

（5）某化肥廠用NH3制備NH4NO3．己知：NH3制NO的產(chǎn)率是94%，NO制HNO3的產(chǎn)率是89%，則制HNO3所用NH3的質(zhì)量占總耗NH3質(zhì)量(不考慮其他損耗)的百分比為______________。

Answer 1

【答案】（1）合成塔 充分利用熱能，節(jié)約能源 防止催化劑中毒

（2）2NO+O2=2NO2、3NO2+H2O=2HNO3+NO(或4NO2+O2+2H2O=4HNO3) 可使NO循環(huán)利用，提高原料利用率

（3）單獨(dú)的NO不能被吸收 耗能高

（4）①使電解產(chǎn)物全部轉(zhuǎn)化為NH4NO3 ② 6.0 （5）54.4%

【解析】

試題分析：（1）合成氨的工業(yè)設(shè)備是合成塔；合成氨的反應(yīng)屬于放熱反應(yīng)，反應(yīng)過程中會(huì)放出大量的熱，用熱交換器可以充分利用余熱，節(jié)約能源；N2與H2合成NH3，生產(chǎn)中原料氣必須進(jìn)行脫硫可以防止催化劑中毒；

（2）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2NO+O2=2NO2，二氧化氮再與水反應(yīng)生成硝酸3NO2+H2O=2HNO3+NO，這樣使NO循環(huán)利用，全部轉(zhuǎn)化為硝酸，反應(yīng)的化學(xué)方程式為4NO+3O2+2H2O=4HNO3；

（3）方法一最大的缺點(diǎn)是單獨(dú)的NO不能被吸收，只能與NO2一起被堿液吸收；方法三和方法二相比，優(yōu)點(diǎn)是甲烷比氨價(jià)格便宜，節(jié)約成本；缺點(diǎn)是方法三的反應(yīng)熱為+867kJmol-1，耗能較高；

（4）①電解NO制備NH4NO3，陽極反應(yīng)為NO-3e-+2H2O=NO3-+4H+，陰極反應(yīng)為：NO+5e-+6H+=NH4++H2O，從兩極反應(yīng)可看出，要使得失電子守恒，陽極產(chǎn)生的NO3-的物質(zhì)的量大于陰極產(chǎn)生的NH4+的物質(zhì)的量，總反應(yīng)方程式為：8NO+7H2O3NH4NO3+2HNO3，因此補(bǔ)充NH3，使電解產(chǎn)物全部轉(zhuǎn)化為NH4NO3；

②維持電流強(qiáng)度為3A，電解2小時(shí)，時(shí)間為7200S，F(xiàn)=96500Cmol-1，Q=It=3.0C/s×7200S，則理論上可制得NH4NO3的最大質(zhì)量為×80g/mol=6.0g；

（5）由NH3制NO的產(chǎn)率是94%、NO制HNO3的產(chǎn)率是89%，根據(jù)氮原子守恒可知，NH3～NO～HNO3，則1mol氨氣可得到硝酸1mol×94%×89%=0.8366mol，由HNO3+NH3═NH4NO3，則該反應(yīng)消耗的氨氣的物質(zhì)的量為0.8366mol，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×100%=54.4%；即制HNO3所用去的NH3的質(zhì)量占總耗NH3質(zhì)量的54.4%。