Question

10．聯(lián)合生產(chǎn)是實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的重要措施，工業(yè)上合成氨和硝酸的聯(lián)合生產(chǎn)具有重要意義．如圖1是工業(yè)上合成氨的簡(jiǎn)易流程：

（1）設(shè)備A內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示，其名稱是合成塔，其中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)方程式為N₂ +3H₂ $?_{催化劑}^{高溫、高壓}$2NH₃ ；選擇500℃進(jìn)行反應(yīng)的主要原因是此溫度下催化劑效率最高；生產(chǎn)中原料氣必須進(jìn)行脫硫，目的是防止催化劑中毒．
（2）設(shè)備B的名稱是冷卻塔或（冷凝器），其作用是利用余熱，節(jié)約能源，圖中a和b是兩個(gè)通水口，其中入水口是b（填“a”或“b”）．
（3）氮?dú)夂蜌錃獾幕旌蠚怏w通過(guò)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．
（4）生產(chǎn)出來(lái)的NH₃可以用來(lái)生產(chǎn)硝酸．其中在氨氣催化氧化過(guò)程中，不同溫度下生成產(chǎn)物可能有所不同，溫度對(duì)氨氧化產(chǎn)物產(chǎn)率的影響如圖3所示；當(dāng)溫度大于900℃時(shí)，NO的產(chǎn)率下降的主要原因是部分NO轉(zhuǎn)化為N₂．

（5）某化肥廠用NH₃制備NH₄N0₃．已知：由NH₃制NO的產(chǎn)率是94%，NO制HNO₃的產(chǎn)率是89%，則制HN0₃所用NH₃的質(zhì)量占總耗NH₃質(zhì)量（不考慮其它損耗）的54%（保留兩位有效數(shù)字）．

Answer 1

分析 （1）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?dú)夂蜌錃庠诟邷馗邏簵l件下生成氨氣，據(jù)此寫(xiě)出反應(yīng)的化學(xué)方程式；合成氨的反應(yīng)屬于放熱反應(yīng)，根據(jù)化學(xué)反應(yīng)速率和平衡移動(dòng)知識(shí)來(lái)分析選擇500℃的原因；生產(chǎn)中原料氣必須進(jìn)行脫硫，防止催化劑中毒；
（2）B為冷凝器或冷凝塔；作用是利用余熱，節(jié)約能源；
（3）根據(jù)增大壓強(qiáng)對(duì)平衡移動(dòng)的影響知識(shí)來(lái)回答；
（4）由圖象可知，溫度高于900℃時(shí)，NO的產(chǎn)率降低，氮?dú)獾漠a(chǎn)率增大，各反應(yīng)為放熱反應(yīng)，高溫下不利于向正反應(yīng)進(jìn)行，應(yīng)是NO轉(zhuǎn)變?yōu)镹₂所致；
（5）根據(jù)氮原子守恒可知，NH₃～NO～HNO₃，以此計(jì)算．

解答 解：（1）合成氨的工業(yè)設(shè)備是合成塔；N₂與H₂合成NH₃所用的催化劑是鐵砂網(wǎng)，溫度過(guò)低，反應(yīng)速率較慢，溫度較高，不利合成氨氣，選擇500℃的主原因是在這個(gè)溫度下催化劑活性最大；生產(chǎn)中原料氣必須進(jìn)行脫硫可以防止催化劑中毒；
故答案為：合成塔，N₂ +3H₂ $?_{催化劑}^{高溫、高壓}$ 2NH₃ ，此溫度下催化劑效率最高，防止催化劑中毒；
（2）B為冷凝器或冷卻塔；合成氨的反應(yīng)屬于放熱反應(yīng)，用熱交換器可以充分利用余熱，節(jié)約能源；氮、氫混合氣體送入合成塔前要通過(guò)壓縮機(jī)壓縮，來(lái)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；a和b是兩個(gè)通水口，其中入水口應(yīng)考慮下進(jìn)上出；
故答案為：冷卻塔或（冷凝器）；利用余熱，節(jié)約能源；b；
（3）增大壓強(qiáng)，加快反應(yīng)速率，平衡向氣體體積減小的方向移動(dòng)，即平衡朝生成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；
（4）各反應(yīng)為放熱反應(yīng)，高溫下不利于向正反應(yīng)進(jìn)行，由圖象可知，溫度高于900℃時(shí)，NO的產(chǎn)率降低，氮?dú)獾漠a(chǎn)率增大，故溫度高于900℃時(shí)應(yīng)是部分NO轉(zhuǎn)化為N₂；
故答案為：部分NO轉(zhuǎn)化為N₂；
（5）由NH₃制NO的產(chǎn)率是94%、NO制HNO₃的產(chǎn)率是89%，根據(jù)氮原子守恒可知，NH₃～NO～HNO₃，則1mol氨氣可得到硝酸1mol×94%×89%=0.8366mol，由HNO₃+NH₃═NH₄NO₃，則該反應(yīng)消耗的氨氣的物質(zhì)的量為0.8366mol，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?jǐn)?shù)為 $\frac{1mol}{1mol+0.8366mol}$×100%=54%；即制HNO₃所用去的NH₃的質(zhì)量占總耗NH₃質(zhì)量的54%；
故答案為：54．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了工業(yè)制備原理應(yīng)用，流程分析，實(shí)驗(yàn)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(lái)進(jìn)行簡(jiǎn)單計(jì)算，使用硝酸銨的注意事項(xiàng)，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．