Question

14．NH₃和HNO₃是重要的工業(yè)產(chǎn)品，如圖是合成氨和氨氧化制硝酸的工藝流程．

（1）合成塔中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式是3H₂+N₂2NH₃．
（2）氨分離器中壓強(qiáng)約為15MPa，溫度約為-20℃，分離氨應(yīng)用了氨易揮發(fā)的性質(zhì)，從氨分離器中又回到合成塔中的物質(zhì)是N₂、H₂．
（3）氧化爐中反生反應(yīng)的化學(xué)方程式是4NH₃+5O₂$\frac{\underline{催化劑}}{△}$4NO+6H₂O．
（4）尾氣中的少量NO、NO₂可以用NH₃來處理，在催化劑作用下生成無污染的氣體，寫出NO₂和NH₃反應(yīng)的化學(xué)方程式8NH₃+6NO₂$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$7N₂+12H₂O．當(dāng)有5.6LNO₂被還原時(shí)，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為1mol．
（5）氧化爐中出來的氣體，先降溫再進(jìn)入吸收塔，吸收塔中通入空氣的作用是使NO₂和NO全部轉(zhuǎn)化為HNO₃．若進(jìn)入吸收塔的氣體的體積分?jǐn)?shù)為NO₂10.0%，NO 1.32%，其余為N₂、水蒸氣等．當(dāng)進(jìn)入氧化爐中氣體為10m³時(shí)，最少需要空氣的體積為1.66m³．

Answer 1

分析 （1）合成塔中氮?dú)夂蜌錃夥磻?yīng)生成氨氣，該反應(yīng)為可逆反應(yīng)；
（2）根據(jù)題干中的生產(chǎn)流程圖知，原料氣氮?dú)夂蜌錃猓��?jīng)過氨的合成、氨的分離，循環(huán)利用的為氮?dú)夂蜌錃獾幕旌蠚猓?br />（3）氧化爐中氨的催化氧化，產(chǎn)物是一氧化氮和水，據(jù)此來書寫反應(yīng)方程式；
（4）NO₂和NH₃反應(yīng)：8NH₃+6NO₂$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$7N₂+12H₂O中，NH₃中N元素的化合價(jià)由-3升高為0價(jià)，NO₂中N元素的化合價(jià)由+5價(jià)降低為0價(jià)，轉(zhuǎn)移電子數(shù)為24e^-，以此來解答．
（5）吸收塔中通入空氣的作用是使NO₂和NO全部轉(zhuǎn)化為HNO₃，根據(jù)4NO+3O₂+2H₂O=4HNO₃；4NO₂+O₂+2H₂O=4HNO₃、以及空氣中氧氣的體積體積分?jǐn)?shù)為21%進(jìn)行計(jì)算．

解答 解：（1）合成塔中氮?dú)夂蜌錃夥磻?yīng)：3H₂+N₂2NH₃，故答案為：3H₂+N₂2NH₃；
（2）合成氨反應(yīng)是一個(gè)可逆反應(yīng)，氨氣極易揮發(fā)，氨分離器中壓強(qiáng)約為15MPa，溫度約為-20℃，分離氨應(yīng)用了氨的易揮發(fā)性質(zhì)，根據(jù)題干中的生產(chǎn)流程圖知，經(jīng)過氨的合成、氨的分離，分離出的是氨氣，循環(huán)利用的為氮?dú)夂蜌錃獾幕旌蠚猓?br />故答案為：易揮發(fā)；N₂、H₂；
（3）氧化爐中發(fā)生的反應(yīng)是氨的催化氧化反應(yīng)，原理方程式為：4NH₃+5O₂$\frac{\underline{催化劑}}{△}$4NO+6H₂O，故答案為：4NH₃+5O₂$\frac{\underline{催化劑}}{△}$4NO+6H₂O；
（4）NO₂和NH₃反應(yīng)NH₃中N元素的化合價(jià)由-3升高為0價(jià)，NO₂中N元素的化合價(jià)由+4價(jià)降低為0價(jià)，生成氮?dú)夂退�，反�?yīng)方程式為：8NH₃+6NO₂$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$7N₂+12H₂O，6molNO₂參加反應(yīng)轉(zhuǎn)移電子數(shù)為24mole^-，當(dāng)有5.6LNO₂被還原時(shí)，被還原的氮?dú)獾奈镔|(zhì)的量為：$\frac{5.6L}{22.4L/mol}$=0.25mol，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為0.25mol×24×$\frac{1}{6}$=1mol，
故答案為：1；
（5）氧化爐中出來的氣體，先降溫再進(jìn)入吸收塔，吸收塔中通入空氣發(fā)生反應(yīng)2NO+O₂=2NO₂；4NO+3O₂+2H₂O=4HNO₃；4NO₂+O₂+2H₂O=4HNO₃，所以通入空氣作用為使NO₂和NO全部轉(zhuǎn)化為HNO₃，進(jìn)入吸收塔的氣體的體積分?jǐn)?shù)為NO₂10.0%，NO 1.32%，其余為N₂、水蒸氣等，當(dāng)進(jìn)入氧化爐中氣體為10m³時(shí)，NO₂體積為10m³×10%=0.1m³，需氧氣：0.1m³×$\frac{1}{4}$，NO體積為10m³×1.32%=0.0132m³，需氧氣：0.0132m³×$\frac{3}{4}$，空氣中氧氣的體積體積分?jǐn)?shù)為21%，最少需要空氣的體積為$\frac{0.1{m}^{3}×\frac{1}{4}+0.0132{m}^{3}×\frac{3}{4}}{21%}$≈1.66m³，
故答案為：使NO₂和NO全部轉(zhuǎn)化為HNO₃；1.66．

點(diǎn)評(píng) 本題主要考查了合成氨工業(yè)，題目綜合性較強(qiáng)，題目難度中等，掌握合成氨工業(yè)的流程，掌握氮及其化合物的性質(zhì)是解答本題的關(guān)鍵，綜合考查了學(xué)生具有分析和解決問題的能力．