Question

19．工業(yè)合成上氨及氨氧化法制硝酸的流程圖如圖，回答下列問題：

（1）工業(yè)合成氨的原料是N₂和H₂．設備A的名稱是合成塔；其中N₂可從空氣中分離出來，方法是先將空氣液化，然后蒸餾或控制N₂的沸點加熱蒸發(fā)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，其化學方程式為CH₄+H₂O（g） CO+3H₂．
（2）在原料氣制備過程中必須進行脫硫，目的是防止催化劑中毒．
（3）利用石灰乳來除去硝酸工業(yè)的尾氣（含NO、NO₂），既能凈化尾氣，又能獲得應用廣泛的Ca（NO₂）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，則會導致排放氣體中NO 含量升高；若n（NO）：n（NO₂）＜1：1，則會導致產(chǎn)品Ca（NO₂）₂中Ca（NO₃）₂含量升高．
（4）某化肥廠用NH₃制備NH₄NO₃．已知：由NH₃制NO的產(chǎn)率是95%，NO制HNO₃的產(chǎn)率是90%，則制HNO₃所用的NH₃的質(zhì)量占總耗NH₃質(zhì)量的53.9%（保留三位有效數(shù)值）．

Answer 1

分析 （1）合成氨中，氮氣和氫氣在合成塔中反應生成氨氣，氮氣、氧氣都為分子晶體，氮氣2小于氧氣，所以分離空氣提取氮氣的方法為先液化、后汽化或蒸餾，先汽化的氣體為氮氣，以此提取氮氣，水蒸氣和甲烷反應生成一氧化碳和氫氣，據(jù)此書寫方程式；
（2）工業(yè)上在合成氨的過程中，為防止催化劑中毒，必須對原料進行凈化；
（3）①使尾氣中NO、NO₂與石灰乳充分接觸；濾渣的主要成分是Ca（OH）₂；
②若n（NO）：n（NO₂）＞1：1，則一氧化氮過量，若＜1：1，則二氧化氮過量；
（4）根據(jù)氮原子守恒可知，NH₃～NO～HNO₃，以此計算．

解答 解：（1）工業(yè)合成氨的原料是N₂和H₂，合成氨的設備依次有：壓縮機、合成塔、冷凝器、氨分離器、循環(huán)壓縮機，裝置A為合成塔，在其中為壓縮的氮氣和氫氣反應生成氨氣，反應原料N₂可從空氣中分離出來，方法是先將空氣液化，然后蒸餾或控制N₂的沸點加熱蒸發(fā)，氮氣先汽化，即可得到，水蒸氣和甲烷反應生成一氧化碳和氫氣，反應為：CH₄+H₂O（g） CO+3H₂，
故答案為：合成塔；液化；蒸餾或控制N₂的沸點加熱蒸發(fā)；CH₄+H₂O（g） CO+3H₂；
（2）工業(yè)上在合成氨的過程中，必須對原料進行凈化，防止催化劑鐵觸媒中毒，而減小催化活性，
故答案為：防止催化劑中毒；
（3）①使尾氣中NO、NO₂與石灰乳充分接觸，NO、NO₂被充分吸收；濾渣主要成分是Ca（OH）₂，
故答案為：使尾氣中NO、NO₂被充分吸收；Ca（OH）₂；
②若n（NO）：n（NO₂）＞1：1，則一氧化氮過量，排放氣體中NO含量升高；若n（NO）：n（NO₂）＜1：1，則二氧化氮過量，二氧化氮可與石灰乳反應生成Ca（NO₃）₂，
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；
（4）由NH₃制NO的產(chǎn)率是95%、NO制HNO₃的產(chǎn)率是90%，根據(jù)氮原子守恒可知，NH₃～NO～HNO₃，則1mol氨氣可得到硝酸1mol×95%×90%=0.855mol，由HNO₃+NH₃═NH₄NO₃，則該反應消耗的氨氣的物質(zhì)的量為0.855mol，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 $\frac{1mol}{1mol+0.855mol}$×100%=53.9%；即制HNO₃所用去的NH₃的質(zhì)量占總耗NH₃質(zhì)量的53.9%，
故答案為：53.9．

點評 本題通過合成上氨及氨氧化法制硝酸為載體，考查學生在“工藝流程閱讀分析，化學反應原理在工藝流程的應用，氧化還原反應分析，相關反應的書寫”等方面，考查學生對新信息的處理能力，注意對元素化合物性質(zhì)及其轉化關系的理解和應用，題目難度中等．