Question

【題目】【化學(xué)——選修2：化學(xué)與技術(shù)】聯(lián)合生產(chǎn)是實現(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。下面是工業(yè)上合成氨的簡易流程：

（1）設(shè)備A內(nèi)部結(jié)構(gòu)如右下圖所示，其名稱是________ ，其中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)方程式為_________；生產(chǎn)中原料氣必須進行脫硫，目的是____________。選擇500℃進行反應(yīng)的主要原因是___________；

（2）設(shè)備B的名稱是冷凝塔，圖中a和b是兩個通水口，其中入水口是 （填“a”或“b”）。

（3）氮氣和氫氣的混合氣體通過壓縮機壓縮的原因是________________________________。

（4）生產(chǎn)出來的NH3可以用來生產(chǎn)硝酸。其中在氨氣催化氧化過程中，不同溫度下生成產(chǎn)物可能有所不同，溫度對氨氧化產(chǎn)物產(chǎn)率的影響如下圖所示；當(dāng)溫度大于900℃時，NO的產(chǎn)率下降的主要原因是__________________。

（5）某化肥廠用NH3制備NH4NO3。已知：由NH3制NO的產(chǎn)率是94%，NO制HNO3的產(chǎn)率是89%，則制HNO3所用NH3的質(zhì)量占總耗NH3質(zhì)量（不考慮其它損耗）的 %（保留兩位有效數(shù)字）。

Answer 1

【答案】（1） (氨）合成塔N2+3H22NH3 防止催化劑中毒

此溫度下催化劑效率最高 （2）b （3）增大壓強，加快反應(yīng)速率，使平衡向生成NH3的方向進行（4）部分NO轉(zhuǎn)變成N2 （5） 54

【解析】

試題分析：（1）合成氨的工業(yè)設(shè)備是合成塔，其中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)方程式為N2+3H22NH3；生產(chǎn)中原料氣必須進行脫硫，目的是防止催化劑中毒；N2與H2合成NH3所用的催化劑是鐵砂網(wǎng)，溫度過低，反應(yīng)速率較慢，溫度較高，不利合成氨氣，選擇500℃的主原因是在這個溫度下催化劑活性最大；

（2）B為冷凝器或冷卻塔，冷卻時逆向冷卻效果好，則入水口應(yīng)考慮下進上出，即答案為b；

（3）合成氨反應(yīng)是放熱的體積減小的可逆反應(yīng)，增大壓強，加快反應(yīng)速率，平衡向氣體體積減小的方向移動，即平衡朝生成NH3的方向進行；

（4）各反應(yīng)為放熱反應(yīng)，高溫下不利于向正反應(yīng)進行，根據(jù)圖像可知，溫度高于900℃時，NO的產(chǎn)率降低，氮氣的產(chǎn)率增大，故溫度高于900℃時應(yīng)是部分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×100%＝54%；即制HNO3所用去的NH3的質(zhì)量占總耗NH3質(zhì)量的54%。