Question

1．氮的化合物是重要的化工原料，在工農業(yè)生產中有很多重要應用．工業(yè)上合成氮及聯合制堿法的流程示意圖如下：

（1）在工業(yè)生產中，設備A的名稱為沉淀池，A中發(fā)生的化學反應方程式是NH₃+CO₂+H₂O+NaCl=NH₄Cl+NaHCO₃↓．
（2）在上述生產中向母液通入氨氣同時加入NaCl，可促進副產品氯化銨的析出．
（3）原料氣中往往含有H₂S、CO、CO₂等雜質，必須除去這些雜質的目的是防止催化劑中毒．
（4）某實驗小組，利用下列裝置圖模擬“聯合制堿法”的第一步反應．

上述裝置中接口連接順序為D；D中應選用的液體為飽和NaHCO₃溶液．
A．a接c；b接f；e接d
B．a接d；b接f；e接c
C．b接d；a接c；f接 e
D．b接c；a接f；e接d
（5）某工廠用氨制硝酸，再進一步制NH₄NO₃．已知由NH₃制HNO₃時產率為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218噸．

Answer 1

分析 （1）氨氣、氯化鈉溶液、二氧化碳在沉淀池中反應生成碳酸氫鈉和氯化銨；
（2）含有碳酸氫鈉和氯化銨的混合物經過過濾，分離出碳酸氫鈉晶體，剩余的母液中含有氯化銨；
（3）H₂S、CO、CO₂等雜質容易造成催化劑中毒，降低催化效果，需要將原料氣中的雜質除去；
（4）根據裝置A制取CO₂，裝置B制取NH₃，裝置D除去二氧化碳中的HCl，二氧化碳與氨氣通入C中應防止倒吸，據此分析連接儀器裝置；
（5）設出制備出的硝酸銨的物質的量為xmol，然后根據在反應過程中的損耗，將NH₄NO₃時所需的NH₃的物質的量和制備HNO₃時所需的NH₃的分別表示出，質量共為100t，據此進行求算．

解答 解：（1）氨氣、氯化鈉溶液、二氧化碳在沉淀池中反應生成碳酸氫鈉和氯化銨，所以設備A為沉淀池，發(fā)生的反應為NH₃+CO₂+H₂O+NaCl=NH₄Cl+NaHCO₃↓；
故答案為：NH₃+CO₂+H₂O+NaCl=NH₄Cl+NaHCO₃↓；
（2）含有碳酸氫鈉和氯化銨的混合物經過過濾，分離出碳酸氫鈉晶體，剩余的母液中含有氯化銨，母液通入氨氣同時加入NaCl，可促進副產品氯化銨的析出；
故答案為：NaCl；
（3）原料氣中的H₂S、CO、CO₂等雜質容易造成催化劑中毒，降低催化效果，所以必須將原料氣中往往含有的H₂S、CO、CO₂等雜質除去，防止催化劑中毒；
故答案為：防止催化劑中毒；
（4）足量的CO₂與NaOH反應生成NaHCO₃，裝置A產生CO₂，裝置B生石灰與濃氨水產生NH₃，裝置D除去二氧化碳中的HCl，二氧化碳與氨氣通入C中應防止倒吸，則b接c，故a接f、e接d；由于二氧化碳在碳酸氫鈉飽和溶液中溶解度較小，而HCl能被碳酸氫鈉吸收，所以D中液體為飽和NaHCO₃溶液；
故答案為：D；飽和NaHCO₃溶液；
（5）設制備出的NH₄NO₃的物質的量為xmol，
根據反應NH₃+HNO₃=NH₄NO₃可知：NH₃～NH₄NO₃，由于NH₃被HNO₃的吸收率為98%，故在此反應中所需的NH₃的物質的量為：$\frac{x}{98%}$=1.02xmol；
同時據反應可知：NH₃～HNO₃～NH₄NO₃，而由NH₃制HNO₃時產率為88%，故生成xmolNH₄NO₃，需要的制備硝酸的NH₃的物質的量為：$\frac{x}{88%}$=1.136xmol，
即制得xmolNH₄NO₃所需的氨氣的物質的量為：（1.02x+1.136x）mol，
根據氨氣的質量為100t即10⁸g可得：（1.02x+1.136x）mol×17g/mol=10⁸g，
解得：x=2728364.07mol，
NH₄NO₃的質量為：m=nM=2728364.07mol×80g/mol≈218t，
故答案為：218．

點評 本題考查了合成氨、制堿法的工藝的流程，題目難度中等，明確制備流程及反應原理為解答關鍵，注意根據物質的主要性質分析工藝裝置、反應原理，試題充分考查了學生的分析、理解能力及化學實驗能力．