Question

3．工業(yè)上制取硝酸銨的流程圖如下，請(qǐng)回答下列問(wèn)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(guò)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(shí)驗(yàn)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(shí)了氫氣與氮?dú)庠诠腆w催化劑表面合成氨的反應(yīng)過(guò)程，示意圖如下：

、、分別表示N₂、H₂、NH₃．圖⑤表示生成的NH₃離開(kāi)催化劑表面，圖②和圖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可使NO循環(huán)利用，全部轉(zhuǎn)化成HNO₃．
（4）生產(chǎn)硝酸的過(guò)程中常會(huì)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 $\frac{\underline{\;催化劑\;}}{△}$ 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NH₃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）氨氣氧化生成NO的反應(yīng)是在氧化爐中發(fā)生的，氨氣與氧氣在催化劑的作用下生成NO和水．
（2）合成氨的反應(yīng)用鐵觸媒作催化劑，N2和H2吸附在鐵觸媒表面，并且各自的化學(xué)鍵斷裂，結(jié)合生成氨再離開(kāi)鐵觸媒表面．
（3）堿液吸收法NO+NO₂+2NaOH═2NaNO₂+H₂O，不能單獨(dú)吸收NO．
（4）合成硝酸的吸收塔中不斷地通入空氣，可以不斷的將NO氧化，從而從源頭上降低NO的污染．
（5）制硝酸銨的反應(yīng)：HNO₃+NH₃=NH₄NO₃．根據(jù)氮元素守恒可知，可由NH₃得NO產(chǎn)率，再由NO制得HNO₃的產(chǎn)率可計(jì)算得到HNO₃的量；總耗NH₃包括制硝酸消耗的以及與硝酸反應(yīng)的總量．

解答 解：（1）氨氣氧化生成NO的反應(yīng)是在氧化爐中發(fā)生的，氨氣與氧氣在催化劑的作用下生成NO和水；
故答案為：氧化爐；4NH₃+5O₂$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$4NO+6H₂O．
（2）合成氨的反應(yīng)需要用鐵觸媒作為催化劑，其作用機(jī)理如圖所示：圖①表示N₂、H₂與鐵觸媒接觸，圖②表示N₂與H₂吸附在催化劑表面，圖③表示N₂和H₂中的化學(xué)鍵斷裂，圖④表示N與H結(jié)合形成NH₃，圖⑤表示NH₃分子離開(kāi)催化劑表面．
故答案為：鐵砂網(wǎng)（或鐵觸媒）；N₂、H₂被吸附在催化劑表面；在催化劑表面，N₂、H₂中化學(xué)鍵斷裂．
（3）合成氨的設(shè)備中設(shè)置熱交換器的目的，是利用余熱，這樣可以降低能耗，節(jié)約能源；再合成硝酸的吸收塔中不斷地通入空氣，可以使NO不斷地被氧化，從而全部轉(zhuǎn)化為硝酸．
故答案為：利用余熱，節(jié)約能源；可使NO循環(huán)利用，全部轉(zhuǎn)化成HNO₃．
（4）堿液吸收法不能單獨(dú)吸收NO，但是氨還原法既可吸收NO₂，又可吸收NO．
故答案為：NH₃還原法．  
（5）由NH₃制NO的產(chǎn)率是96%、NO制HNO₃的產(chǎn)率是92%可知，1molNH₃可轉(zhuǎn)化為HNO₃的量為1mol×96%×92%=0.8832mol；由HNO₃+NH₃=NH₄NO₃，與0.8832molHNO3反應(yīng)的NH3的量為0.8832mol，消耗氨的總量為1mol+0.8832mol=1.8832mol，因此制HNO₃所用去的NH₃的質(zhì)量占總耗NH₃質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為$\frac{1mol}{1mol+0.8832mol}$≈53%；
故答案為：53．

點(diǎn)評(píng) 本題的綜合性很強(qiáng)，把工業(yè)制硝酸相關(guān)的流程與綠色化學(xué)、產(chǎn)率、催化劑機(jī)理等知識(shí)結(jié)合在一塊，難度較大，需要同學(xué)們認(rèn)真分析．