Question

9．工業(yè)上合成氨的簡易流程如下：

（1）原料氣中往往含有CO等雜質(zhì)，在反應(yīng)進(jìn)行前要先凈化，凈化的原因是防止催化劑中毒．
（2）氮氣和氫氣的混合氣體通過壓縮機(jī)壓縮的原因是增大壓強(qiáng)，加快反應(yīng)速率，使平衡朝生成NH₃的方向進(jìn)行．
（3）設(shè)備A中含有電加熱器、觸媒和熱交換器，設(shè)備A的名稱是合成（氨）塔，其中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為N₂+3H₂$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{△}$2NH₃；．
（4）冷卻塔B中m和n是兩個通水口，入水口是n（填“m”或“n”）；不宜從相反方向通水的原因是高溫氣體由冷卻塔的上端進(jìn)入，冷卻水從下端進(jìn)入，逆向冷卻效果好．
（5）設(shè)備C的作用是分離液氨和未反應(yīng)的原料氣．
（6）工業(yè)商用NH₃生產(chǎn)硝酸時，將NH₃和O₂按體積比1：2混合通入某特定條件的密閉容器中進(jìn)行反應(yīng)，所有物質(zhì)不與外界交換，最后所得溶液中溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為77.8%．

Answer 1

分析 （1）在原料氣制備過程中混有CO對催化劑有毒害作用，需要去原料氣中的CO；
（2）根據(jù)增大壓強(qiáng)和減少生成物對反應(yīng)速率或是平衡移動的影響知識來回答；
（3）根據(jù)圖示可知，設(shè)備A為合成塔、B為冷凝器或冷凝塔；工業(yè)合成氨中合成塔中的反應(yīng)為氮氣和氫氣在高溫高壓條件下生成氨氣，據(jù)此寫出反應(yīng)的化學(xué)方程式；
（4）設(shè)備B為冷凝塔；根據(jù)采用逆流的方式冷卻效果好解答；
（5）設(shè)備C是分離塔，將生成氨氣及時分離出來，有利于平衡正向移動；
（6）由4NH₃+5O₂$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{△}$4NO+6H₂O、4NO+3O₂+2H₂O=4HNO₃，可得：NH₃+2O₂=HNO₃+H₂O，根據(jù)方程計算．

解答 解：（1）原料氣中的H₂S、CO、CO₂等雜質(zhì)容易造成催化劑中毒，降低催化效果，所以必須將原料氣中往往含有的H₂S、CO、CO₂等雜質(zhì)除去，防止催化劑中毒，
故答案為：防止催化劑中毒；
（2）氮、氫混合氣體送入合成塔前要通過壓縮機(jī)壓縮，來增大壓強(qiáng)，這樣可以加快化學(xué)反應(yīng)速率，還可以讓化學(xué)平衡朝生成NH₃的方向進(jìn)行，
故答案為：增大壓強(qiáng)，加快反應(yīng)速率，使平衡朝生成NH₃的方向進(jìn)行；
（3）氮氣和氫氣經(jīng)過壓縮、除油后進(jìn)入合成塔合成氨氣，所以A為合成塔；工業(yè)合成氨中合成塔中的反應(yīng)為：氮氣和氫氣在高溫高壓條件下生成氨氣，反應(yīng)方程式為：N₂+3H₂$\frac{\underline{\;\;催化劑\;\;}}{高溫高壓}$2NH₃，
故答案為：合成（氨）塔；N₂+3H₂$\frac{\underline{\;\;催化劑\;\;}}{高溫高壓}$2NH₃；
（4）從合成塔出來的氣體溫度較高，需要先降溫再吸收，則B為冷卻塔（或冷凝器）；一元高溫氣體由冷卻塔的上端進(jìn)入，冷卻水從下端進(jìn)入，逆向冷卻效果好，所以入水口為n，
故答案為：n；高溫氣體由冷卻塔的上端進(jìn)入，冷卻水從下端進(jìn)入，逆向冷卻效果好；
（5）設(shè)備C是分離塔，將生成的液態(tài)氨氣與未反應(yīng)的原料氣分離，氨氣不斷被液化分離，減小氨氣的濃度，促使平衡不斷正向移動，提高原料的利用率，
故答案為：分離液氨和未反應(yīng)的原料氣；
（6）由4NH₃+5O₂$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{△}$4NO+6H₂O、4NO+3O₂+2H₂O=4HNO₃可得：NH₃+2O₂=HNO₃+H₂O，則按理論上的原料比將原料放在一個具有反應(yīng)條件的密閉容器中進(jìn)行，所有物質(zhì)不與外界交換，則生成1molHNO₃、molH₂O，則硝酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：$\frac{63}{63+18}$×100%=77.8%，
故答案為：77.8%．

點評 本題以工業(yè)合成氨的知識，題目難度中等，根據(jù)合成流程明確合成原理為解答關(guān)鍵，注意了解工業(yè)合成氨的設(shè)備名稱及影響化學(xué)平衡的因素，試題培養(yǎng)了學(xué)生的分析、理解能力及靈活應(yīng)用能力．