Question

16．銨鹽是重要的化工原料，以N₂和H₂為原料制取硝酸銨的流裎閣如下，請(qǐng)回答下列問題：

（1）在上述流程閣中，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{\;Rt-Rh\;}}{△}$4NO+6H₂O．
（2）在上述工業(yè)生產(chǎn)中，N₂與H₂合成NH₃的傕化劑是鐵砂網(wǎng)，1909年化學(xué)家哈伯在實(shí)驗(yàn)室首次合成了氨，2007年化學(xué)家格哈德．埃特爾在哈伯研究所證實(shí)了氫氣與氮?dú)庠诠腆w催化劑表面合成氨的反應(yīng)過程，示 意圖如下：
、、分別表示N₂、H₂、NH₃圖⑤表示生成的NH₃離開催化劑表面，圖②和圖③的含義分別 是N₂、H₂被吸附在催化劑表面、在催化劑表面N₂、H₂中的化學(xué)鍵斷裂
（3）NH₃和C0₂在一定條件下可合成尿素，其反應(yīng)為：2NH₃（g）+CO₂（g）?C0（NH₂）₂（s）+H₂0（g）
如圖表示合成塔中氨碳比a與C0₂轉(zhuǎn)化率ω的關(guān)系a為$\frac{n（N{H}_{3}）}{n（C{O}_{2}）}$，b 為水碳比$\frac{n（{H}_{2}O）}{n（C{O}_{2}）}$則：
①b應(yīng)控制在C
A．1.5～1.6 B.1〜1.1 C.0.6〜0.7
②a應(yīng)控制在4.0的理由是氨碳比a（$\frac{n（N{H}_{3}）}{n（C{O}_{2}）}$）大于4.0時(shí)，增大氨氣的物質(zhì)的量，二氧化碳的轉(zhuǎn)化率增加不大，增加了生產(chǎn)成本；氨碳比a（$\frac{n（N{H}_{3}）}{n（C{O}_{2}）}$）小于4.0時(shí)，二氧化碳的轉(zhuǎn)化率較小
（4）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)化為硝酸
（5）生產(chǎn)硝酸的過程中常會(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+12H₂0 （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
（6）某化肥廠用NH₃制備NH₄NO₃已知：由NH₃制NO的產(chǎn)率是96%、NO制HN0₃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53.1%．

Answer 1

分析 氮?dú)�、氫氣在合成塔中合成氨氣，氨氣在氧化爐中氧化為NO，NO、氧氣、水吸收塔中合成硝酸，硝酸與氨氣合成硝酸銨．
（1）B中發(fā)生氨氣的催化氧化生成NO，設(shè)備為氧化爐；
（2）在上述工業(yè)生產(chǎn)中，N₂與H₂合成NH₃的傕化劑是鐵砂網(wǎng)；
氮?dú)�、氫氣在催化劑表面合成氨反�?yīng)過程的順序?yàn)椋簣D①氮?dú)夥肿雍蜌錃夥肿酉虼呋瘎┍砻婵拷�，圖②氮?dú)夂蜌錃馕�附在催化劑的表面，圖③在催化劑的作用下分解成氫原子和氮原子，在催化劑表面N₂、H₂中的化學(xué)鍵斷裂；圖④在催化劑形成NH₃；圖⑤脫離催化劑表面；
（3）①氨碳比一定時(shí)，選擇二氧化碳轉(zhuǎn)化率最大時(shí)的碳水比；
②氨碳比a大于4.0時(shí)，增大氨氣的物質(zhì)的量，二氧化碳的轉(zhuǎn)化率增加不大，增加了生產(chǎn)成本，氨碳比a小于4.0時(shí)，二氧化碳的轉(zhuǎn)化率較��；
（4）合成氨為放熱反應(yīng)，溫度太高不利于氨氣生成，并進(jìn)行原料氣的預(yù)熱，充分利用余熱，節(jié)約能源；
在合成硝酸的吸收塔中通入空氣，使NO循環(huán)利用，全部轉(zhuǎn)化為硝酸；
（5）根據(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(jì)效益分析，綠色化學(xué)為無污染，原子利用率高的生產(chǎn)；
（6）假設(shè)硝酸銨的物質(zhì)的量為1mol，則與硝酸反應(yīng)的氨氣為1mol，根據(jù)原子守恒計(jì)算制備硝酸的氨氣，每一步損失率、利用率都以氨氣計(jì)算．

解答 解：（1）氨氣在氧化爐中被催化氧化，B設(shè)備的名稱是氧化爐；氨氣被氧化為NO和水，其反應(yīng)的方程式為：4NH₃+5O₂ $\frac{\underline{\;Rt-Rh\;}}{△}$4NO+6H₂O；
故答案為：氧化爐；4NH₃+5O₂ $\frac{\underline{\;Rt-Rh\;}}{△}$4NO+6H₂O；
（2）N₂與H₂合成NH₃所用的催化劑是鐵砂網(wǎng)；氮?dú)�、氫氣在催化劑表面合成氨反�?yīng)過程的順序?yàn)椋簣D①氮?dú)夥肿雍蜌錃夥肿酉虼呋瘎┍砻婵拷�，圖②氮?dú)夂蜌錃馕�附在催化劑的表面，圖③在催化劑的作用下分解成氫原子和氮原子，在催化劑表面N₂、H₂中的化學(xué)鍵斷裂；圖④在催化劑形成NH₃；圖⑤脫離催化劑表面；
故答案為：鐵砂網(wǎng)；N₂、H₂被吸附在催化劑表面；在催化劑表面N₂、H₂中的化學(xué)鍵斷裂；
（3）①氨碳比a（$\frac{n（N{H}_{3}）}{n（C{O}_{2}）}$）相同時(shí)，水碳比（$\frac{n（{H}_{2}O）}{n（C{O}_{2}）}$）為0.6～0.7時(shí)，二氧化碳轉(zhuǎn)化率最大，
故答案為：c；
②氨碳比a（$\frac{n（N{H}_{3}）}{n（C{O}_{2}）}$）大于4.0時(shí)，增大氨氣的物質(zhì)的量，二氧化碳的轉(zhuǎn)化率增加不大，增加了生產(chǎn)成本；氨碳比a（$\frac{n（N{H}_{3}）}{n（C{O}_{2}）}$）小于4.0時(shí)，二氧化碳的轉(zhuǎn)化率較小，
故答案為：氨碳比a（$\frac{n（N{H}_{3}）}{n（C{O}_{2}）}$）大于4.0時(shí)，增大氨氣的物質(zhì)的量，二氧化碳的轉(zhuǎn)化率增加不大，增加了生產(chǎn)成本；氨碳比a（$\frac{n（N{H}_{3}）}{n（C{O}_{2}）}$）小于4.0時(shí)，二氧化碳的轉(zhuǎn)化率較小；
（4）合成氨的反應(yīng)屬于放熱反應(yīng)，反應(yīng)過程中會(huì)放出大量的熱，用熱交換器并進(jìn)行原料氣的預(yù)熱，可以充分利用余熱，節(jié)約能源，還有利于氨氣的生成；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}}{△}$7N₂+12H₂O，分析可知堿液吸收法消耗大量的氫氧化鈉生成的亞硝酸鹽毒，NH₃還原法產(chǎn)物無污染，得到合成氨的原料氣，故符合綠色化學(xué)的是氨氣還原法；
故答案為：氨氣還原法；
（5）假設(shè)硝酸銨的物質(zhì)的量為1mol，則與硝酸反應(yīng)的氨氣為1mol，制備的硝酸為1mol，令制備硝酸的氨氣為xmol，每一步損失率、利用率都以氨氣計(jì)算，根據(jù)原子守恒，xmol×96%×92%=1mol，解得x=$\frac{10000}{96×92}$%，故制HNO₃所用去的氨氣的質(zhì)量占總耗氨的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是$\frac{\frac{10000}{96×92}mol}{1mol+\frac{10000}{96×92}mol}$×100%≈53.1%，
故答案為：53.1%．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)工業(yè)制備、閱讀獲取信息的能力、化學(xué)計(jì)算等，（6）中注意利用守恒思想計(jì)算，也可以利用關(guān)系式計(jì)算，是對(duì)學(xué)生綜合能力的考查．