Question

11．工業(yè)上制取硝酸銨的流程圖如圖1，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，其中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為4NH₃+5O₂ $\frac{\underline{催化劑}}{△}$4NO+6H₂O．
（2）此生產(chǎn)過程中，N₂與H₂合成NH₃所用的催化劑是鐵砂網(wǎng)．1909年化學(xué)家哈伯在實驗室首次合成了氨，2007年化學(xué)家格哈德•埃特爾在哈伯研究所證實了氫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：

分別表示N₂、H₂、NH₃．圖⑤表示生成的NH₃離開催化劑表面，圖②和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使NO循環(huán)利用，全部轉(zhuǎn)化成HNO₃．
（4）生產(chǎn)硝酸的過程中常會產(chǎn)生一些氮的氧化物，可用如下兩種方法處理：
堿液吸收法：NO+NO₂+2NaOH=2NaNO₂+H₂O
NH₃還原法：8NH₃+6NO₂=7N₂+12H₂O（NO也有類似的反應(yīng)）
以上兩種方法中，符合綠色化學(xué)的是氨氣還原法 ．
（5）某化肥廠用NH₃制備NH₄NO₃．已知：由NH₃制NO的產(chǎn)率是96%、NO制HNO₃的產(chǎn)率是92%，則制HNO₃所用去的NH₃的質(zhì)量占總耗NH₃質(zhì)量（不考慮其它損耗）的53%．

Answer 1

分析 （1）氨氣在氧化爐中被催化氧化；氨氣被氧化為NO和水；
（2）N₂與H₂合成NH3所用的催化劑是鐵砂網(wǎng)；圖②中兩種雙原子分子被吸附在催化劑表面；③中分子中的化學(xué)鍵斷裂生成原子；
（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）據(jù)反應(yīng)化學(xué)方程式反應(yīng)物和生成物的性質(zhì)和經(jīng)濟效益分析，綠色化學(xué)為無污染，原子利用率高的生產(chǎn)；
（5）根據(jù)NH₃制NO的產(chǎn)率是96%、NO制HNO₃的產(chǎn)率是92%，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）氨氣在氧化爐中被催化氧化，B設(shè)備的名稱是；氨氣被氧化為NO和水，其反應(yīng)的方程式為：4NH₃+5O₂ $\frac{\underline{催化劑}}{△}$4NO+6H₂O；
故答案為：氧化爐；4NH₃+5O₂ $\frac{\underline{催化劑}}{△}$4NO+6H₂O；
（2）N₂與H₂合成NH₃所用的催化劑是鐵砂網(wǎng)；圖②中兩種雙原子分子被吸附在催化劑表面，即N₂、H₂被吸附在催化劑表面；③中分子中的化學(xué)鍵斷裂生成原子，即在催化劑表面N₂、H₂中的化學(xué)鍵斷裂生成N原子和H原子；
故答案為：鐵砂網(wǎng)；N₂、H₂被吸附在催化劑表面；在催化劑表面N₂、H₂中的化學(xué)鍵斷裂；
（3）合成氨的反應(yīng)屬于放熱反應(yīng)，反應(yīng)過程中會放出大量的熱，用熱交換器可以充分利用余熱，節(jié)約能源；在吸收塔中二氧化氮與水反應(yīng)生成硝酸和NO，通入空氣，NO能被空氣中的氧氣氧化為二氧化氮，二氧化氮再與水反應(yīng)生成硝酸，這樣使NO循環(huán)利用，全部轉(zhuǎn)化為硝酸；
故答案為：利用余熱，節(jié)約能源；使NO循環(huán)利用，全部轉(zhuǎn)化為硝酸；
（4）堿液吸收法：NO+NO₂+2NaOH═2NaNO₂+H₂O，NH₃還原法：8NH₃+6NO₂$\frac{\underline{催化劑}}{△}$7N₂+12H₂O，分析可知堿液吸收法消耗大量的氫氧化鈉生成的亞硝酸鹽毒，NH₃還原法產(chǎn)物無污染，得到合成氨的原料氣，故符合綠色化學(xué)的是氨氣還原法，
故答案為：氨氣還原法；
（5）由NH₃制NO的產(chǎn)率是96%、NO制HNO₃的產(chǎn)率是92%，根據(jù)氮原子守恒可知，NH₃～NO～HNO₃，則1mol氨氣可得到硝酸1mol×96%×92%=0.8832mol，由HNO₃+NH₃═NH₄NO₃，則該反應(yīng)消耗的氨氣的物質(zhì)的量為0.8832mol，氨氣的質(zhì)量之比等于物質(zhì)的量之比，則制HNO₃所用去的NH₃的質(zhì)量占總耗NH₃質(zhì)量的百分數(shù)為$\frac{1mol}{1mol+0.8832mol}$×100%=53%；即制HNO₃所用去的NH₃的質(zhì)量占總耗NH₃質(zhì)量的53%，
故答案為：53．

點評 本題考查了工業(yè)制備原理應(yīng)用，流程分析，實驗制備物質(zhì)的分析判斷，利用物質(zhì)的轉(zhuǎn)化及質(zhì)量守恒的方法來進行簡單計算，使用硝酸銨的注意事項，明確轉(zhuǎn)化中的化學(xué)反應(yīng)得出物質(zhì)之間的關(guān)系是解答的關(guān)鍵，題目難度中等．