Question

19．氨氣、尿素[CO（NH₂）₂]、Na₂CO₃均是重要的化工原料和產(chǎn)品，如圖是某化工廠聯(lián)合生成氨氣、尿素[CO（NH₂）₂]、純堿的部分工藝流程圖．

（1）原料氣進(jìn)入壓縮機(jī)前需要進(jìn)行凈化處理，其目的是防止催化劑中毒影響催化活性．制備氨合成塔的材料不能（填“能”或“不能”）使用普通的碳素鋼．
（2）N₂、H₂混合氣體經(jīng)壓縮后再送入氨合成塔，優(yōu)點(diǎn)是提高反應(yīng)速率和轉(zhuǎn)化率． 某整個(gè)生產(chǎn)中循環(huán)使用某些原料可提高生產(chǎn)效益，能循環(huán)利用的物質(zhì)是N₂、CO₂、H₂．
（3）請按要求填寫下列空白．
①沉淀池中的離子方程式：Na⁺+H₂O+NH₃+CO₂=NaHCO₃↓+NH₄⁺．
②生產(chǎn)尿素的化學(xué)方程式：2NH₃+CO₂$\frac{\underline{\;加熱加壓\;}}{\;}$[CO（NH₂）₂]+H₂O．
（4）在較低溫度下，可從沉淀池的溶液中分離出一種副產(chǎn)品由此可推斷，低溫下NH₄C1的溶解度很可能小于（填“小于”或“大于”）NaCL．NH₄C1是一種氮肥，但長期施用易使土壤酸化，用離子方程式表示其原因NH₄⁺+H₂O?H⁺+NH₃•H₂O．
（5）以焦炭、水為原料制備H₂ （碳轉(zhuǎn)化為CO₂，則1000g純度為a%（（雜質(zhì)不與水反應(yīng)）焦炭最多可制備$\frac{0.01abc}{3}$g尿素（已知合成氨時(shí)h₂的利用率為b%、合成尿素時(shí)NH₃的利用率為c%）

Answer 1

分析 原料氣中的一些物質(zhì)能使催化劑中毒，故要通過凈化除去，氨合成塔中的反應(yīng)是在高壓下進(jìn)行的，混合氣體經(jīng)壓縮后，可以增大反應(yīng)物的濃度，并且壓有利于提高原料的轉(zhuǎn)化率，沉淀池中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式：Na⁺+H₂O+NH₃+CO₂=NaHCO₃↓+NH₄⁺，析出的固體是溶解度較小的碳酸氫鈉，在沉淀池中還有氯化鈉和氯化銨，氨氣和二氧化碳在加熱加壓條件下可以得到尿素，
（1）原料氣中的一些物質(zhì)能使催化劑中毒，制備合成塔的材料需要承受較高的壓力；
（2）增大反應(yīng)物的濃度，可以提高反應(yīng)的速率，高壓有利于提高原料的轉(zhuǎn)化率，循環(huán)使用某些原料可提高生產(chǎn)效益；
（3）①沉淀池中析出的固體是溶解度較小的碳酸氫鈉；
②氨氣和二氧化碳在加熱加壓條件下可以得到尿素；
（4）在沉淀池中還有氯化鈉和氯化銨，低溫下氯化銨可以結(jié)晶析出，但是氯化鈉不能，銨根離子水解顯示酸性；
（5）根據(jù)相關(guān)反應(yīng)結(jié)合元素守恒，得到關(guān)系式為：C-2H2-$\frac{4}{3}$NH₃-$\frac{2}{3}$[CO（NH₂）₂]，據(jù)此計(jì)算即可．

解答 解：（1）原料氣中的一些物質(zhì)能使催化劑中毒，故要通過凈化除去，氨合成塔中的反應(yīng)是在高壓下進(jìn)行的，制備合成塔的材料需要承受較高的壓力，所以普通的碳素鋼不能制成該合成塔，故答案為：防止催化劑中毒影響催化活性；不能；
（2）混合氣體經(jīng)壓縮后，可以增大反應(yīng)物的濃度，提高反應(yīng)的速率，由于合成氨的反應(yīng)是氣體分子數(shù)減少的反應(yīng)，所以高壓有利于提高原料的轉(zhuǎn)化率，循環(huán)使用某些原料可提高生產(chǎn)效益，能循環(huán)利用的物質(zhì)是N₂、CO₂、H₂；故答案為：提高反應(yīng)速率和轉(zhuǎn)化率；N₂、CO₂、H₂；
（3）①沉淀池中析出的固體是溶解度較小的碳酸氫鈉，發(fā)生反應(yīng)的離子方程式：Na⁺+H₂O+NH₃+CO₂=NaHCO₃↓+NH₄⁺；故答案為：Na⁺+H₂O+NH₃+CO₂=NaHCO₃↓+NH₄⁺；
②氨氣和二氧化碳在加熱加壓條件下可以得到尿素，生產(chǎn)尿素的化學(xué)方程式為：2NH₃+CO₂$\frac{\underline{\;加熱加壓\;}}{\;}$[CO（NH₂）₂]+H₂O，故答案為：2NH₃+CO₂$\frac{\underline{\;加熱加壓\;}}{\;}$[CO（NH₂）₂]+H₂O；
（4）在沉淀池中還有氯化鈉和氯化銨，低溫下氯化銨可以結(jié)晶析出，但是氯化鈉不能，所以低溫下氯化銨的溶解度很可能小于氯化鈉，NH₄C1是一種氮肥，但銨根離子水解顯示酸性，所以長期施用易使土壤酸化，離子方程式表示為：NH₄⁺+H₂O?H⁺+NH₃•H₂O；故答案為：小于；NH₄⁺+H₂O?H⁺+NH₃•H₂O；
（5）根據(jù)相關(guān)反應(yīng)結(jié)合元素守恒，得到關(guān)系式為：C-2H2-$\frac{4}{3}$NH₃-$\frac{2}{3}$[CO（NH₂）₂]，得到n（C）=$\frac{1000×a%}{12}$，所以尿素的物質(zhì)的量是）=$\frac{2}{3}$×$\frac{1000×a%}{12}$
×b%×c%，所以質(zhì)量為：$\frac{2}{3}$×$\frac{1000×a%}{12}$×b%×c%×60g=$\frac{0.01abc}{3}$g，故答案為：$\frac{0.01abc}{3}$．

點(diǎn)評 本題考查了純堿的工業(yè)制法，題目難度較大，試題知識點(diǎn)較多、綜合性較強(qiáng)，充分考查了學(xué)生的分析、理解能力及靈活應(yīng)用基礎(chǔ)知識的能力，明確合成原理為解答關(guān)鍵．