Question

【化學(xué)——選修2：化學(xué)與技術(shù)】(15分)

Ⅰ．合成氨工業(yè)的主要反應(yīng)為：N2(g) + 3H2(g)2NH3(g) △H<O，下圖是合成氨的簡要流程示意圖：

（1）沿X路線進(jìn)入壓縮機(jī)的物質(zhì)是 。

（2）氮、氫混合氣體送入合成塔前要通過壓縮機(jī)壓縮的原因是 ；

（3）下圖為氨合成塔，為什么原料氣從塔底流經(jīng)外筒環(huán)隙進(jìn)入，氣體在反應(yīng)前后都要通過熱交換器？

Ⅱ．氨是一種重要的化工原料，能制備氮肥、硝酸和純堿等。

（1）我國化學(xué)家侯德榜改革國外的純堿生產(chǎn)工藝，采用聯(lián)合制堿法，生產(chǎn)流程可簡要表示如下：

①寫出上述流程中X物質(zhì)的分子式 。

②沉淀池中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)方程式是 。

③向母液中通入氨氣，加入細(xì)小食鹽顆粒，冷卻析出副產(chǎn)品，通入氨氣的作用有 。

a．增大NH4+的濃度，使NH4Cl更多地析出

b．使NaHCO3更多地析出

c．使NaHCO3轉(zhuǎn)化為Na2CO3，提高析出的NH4Cl純度

（2）某工廠用氨制硝酸，再進(jìn)一步制NH4NO3。已知由NH3制HNO3時(shí)產(chǎn)率為88％，由NH3被HNO3的吸收率為98％。則該工廠用100噸氨最多能制硝酸銨 噸。

Answer 1

I、（1）N2和H2 （2分）

（2）增大反應(yīng)物濃度，加快反應(yīng)速率，使平衡朝生成NH3的方向進(jìn)行（2分）

（3）進(jìn)行熱交換，預(yù)熱原料氣，加快反應(yīng)速率；充分利用反應(yīng)放出的熱量，節(jié)約能源。（2分）

Ⅱ．（1）①CO2 （2分）

②NH3 + CO2 + H2O + NaCl =NH4Cl + NaHCO3↓

或 NH3 + CO2 + H2O = NH4HCO3 ；NH4HCO3 + NaCl = NaHCO3↓ + NH4Cl（2分）

③ a、c （2分） （2）218.2（3分）

【解析】

試題分析：I、（1）合成氨工業(yè)中，為增大反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率，及時(shí)分離出氨氣，所以冷凝器中是將氨氣液化，而未反應(yīng)的氮?dú)夂蜌錃庥只氐綁嚎s機(jī)中進(jìn)行參與反應(yīng)，所以沿X路線進(jìn)入壓縮機(jī)的物質(zhì)是N2和H2 ；

（2）物質(zhì)被壓縮，則濃度會(huì)增大，而增大反應(yīng)物的濃度，會(huì)加快反應(yīng)速率，平衡正向移動(dòng)，所以氮、氫混合氣體送入合成塔前要通過壓縮機(jī)壓縮的原因增大反應(yīng)物濃度，加快反應(yīng)速率，使平衡朝生成NH3的方向進(jìn)行；

（3）合成氨的反應(yīng)是放熱反應(yīng)，原料氣從底部通入，可以進(jìn)行熱交換，預(yù)熱原料氣，加快反應(yīng)速率；同時(shí)充分利用反應(yīng)放出的熱量，節(jié)約能源；

II、（1）①煅燒爐內(nèi)是把生成的碳酸氫鈉分解產(chǎn)生碳酸鈉、水和二氧化碳，而二氧化碳恰好是制取碳酸氫鈉的原料氣，所以X物質(zhì)的分子式是CO2；

②二氧化碳、氨氣、氯化鈉、水反應(yīng)生成氯化銨和碳酸氫鈉，因?yàn)樘妓釟溻c的溶解度小于氯化鈉，所以以沉淀形式存在，所以沉淀池中發(fā)生的化學(xué)方程式是NH3 + CO2 + H2O + NaCl =NH4Cl + NaHCO3↓；或 NH3 + CO2 + H2O = NH4HCO3 ；NH4HCO3 + NaCl = NaHCO3↓ + NH4Cl；

③根據(jù)NH3 + CO2 + H2O + NaCl =NH4Cl + NaHCO3↓可知母液溶質(zhì)主要是氯化銨，向其中加入食鹽顆粒，更好的析出副產(chǎn)品，通入氨氣，則增大銨根離子的濃度，使氯化銨更好的析出；同時(shí)通入氨氣，使溶液的堿性增強(qiáng)，則母液中的碳酸氫鈉會(huì)轉(zhuǎn)化為溶解度較大的碳酸鈉，從而使析出的氯化銨較純凈，所以答案選ac；

（2）設(shè)用于生產(chǎn)硝酸的氨氣的質(zhì)量是xt，則用于與硝酸反應(yīng)的氨氣的質(zhì)量是（100-x）t，根據(jù)題意，氨氣與生成的硝酸恰好反應(yīng)生成硝酸銨時(shí)產(chǎn)生的系數(shù)銨的質(zhì)量最多，則NH3 +HNO3=NH4NO3，88%x/17=(100-x)98%/17，解得x=52.68t，所以產(chǎn)生硝酸銨的質(zhì)量是52.68t×88%/17g/mol×80g/mol=218.2t。

考點(diǎn)：考查氨氣的制取及聯(lián)合制堿法的工業(yè)分析，物質(zhì)的計(jì)算