Question

19．工業(yè)合成上氨及氨氧化法制硝酸的流程圖如圖，回答下列問題：

（1）工業(yè)合成氨的原料是N₂和H₂．設(shè)備A的名稱是合成塔；其中N₂可從空氣中分離出來(lái)，方法是先將空氣液化，然后蒸餾或控制N₂的沸點(diǎn)加熱蒸發(fā)即可得到；H₂可以水和天然氣為原料在催化劑作用下高溫制取，其化學(xué)方程式為CH₄+H₂O（g） CO+3H₂．
（2）在原料氣制備過(guò)程中必須進(jìn)行脫硫，目的是防止催化劑中毒．
（3）利用石灰乳來(lái)除去硝酸工業(yè)的尾氣（含NO、NO₂），既能凈化尾氣，又能獲得應(yīng)用廣泛的Ca（NO₂）₂，已知NO和NO₂按1：1通入堿液中生成亞硝酸鹽．
①上述工藝中采用氣-液逆流接觸吸收（尾氣從吸收塔底進(jìn)入，石灰乳從吸收塔頂噴淋），其目的是使尾氣中的NO、NO₂ 被充分吸收；濾渣可循環(huán)使用，濾渣的主要成分是Ca（OH）₂（填化學(xué)式）．
②該工藝需控制NO 和NO₂ 物質(zhì)的量之比接近1：1．若n（NO）：n（NO₂）＞1：1，則會(huì)導(dǎo)致排放氣體中NO 含量升高；若n（NO）：n（NO₂）＜1：1，則會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品Ca（NO₂）₂中Ca（NO₃）₂含量升高．
（4）某化肥廠用NH₃制備NH₄NO₃．已知：由NH₃制NO的產(chǎn)率是95%，NO制HNO₃的產(chǎn)率是90%，則制HNO₃所用的NH₃的質(zhì)量占總耗NH₃質(zhì)量的53.9%（保留三位有效數(shù)值）．

Answer 1

分析 （1）合成氨中，氮?dú)夂蜌錃庠诤铣伤�中反�?yīng)生成氨氣，氮?dú)�、氧氣都為分子晶體，氮?dú)?小于氧氣，所以分離空氣提取氮?dú)獾姆椒�為先液化、后汽化或蒸餾，先汽化的氣體為氮?dú)�，以此提取氮�(dú)�，水蒸氣和甲烷反�?yīng)生成一氧化碳和氫氣，據(jù)此書寫方程式；
（2）工業(yè)上在合成氨的過(guò)程中，為防止催化劑中毒，必須對(duì)原料進(jìn)行凈化；
（3）①使尾氣中NO、NO₂與石灰乳充分接觸；濾渣的主要成分是Ca（OH）₂；
②若n（NO）：n（NO₂）＞1：1，則一氧化氮過(guò)量，若＜1：1，則二氧化氮過(guò)量；
（4）根據(jù)氮原子守恒可知，NH₃～NO～HNO₃，以此計(jì)算．

解答 解：（1）工業(yè)合成氨的原料是N₂和H₂，合成氨的設(shè)備依次有：壓縮機(jī)、合成塔、冷凝器、氨分離器、循環(huán)壓縮機(jī)，裝置A為合成塔，在其中為壓縮的氮?dú)夂蜌錃夥磻?yīng)生成氨氣，反應(yīng)原料N₂可從空氣中分離出來(lái)，方法是先將空氣液化，然后蒸餾或控制N₂的沸點(diǎn)加熱蒸發(fā)，氮?dú)庀绕�化，即可得到，水蒸氣和甲烷反�?yīng)生成一氧化碳和氫氣，反應(yīng)為：CH₄+H₂O（g） CO+3H₂，
故答案為：合成塔；液化；蒸餾或控制N₂的沸點(diǎn)加熱蒸發(fā)；CH₄+H₂O（g） CO+3H₂；
（2）工業(yè)上在合成氨的過(guò)程中，必須對(duì)原料進(jìn)行凈化，防止催化劑鐵觸媒中毒，而減小催化活性，
故答案為：防止催化劑中毒；
（3）①使尾氣中NO、NO₂與石灰乳充分接觸，NO、NO₂被充分吸收；濾渣主要成分是Ca（OH）₂，
故答案為：使尾氣中NO、NO₂被充分吸收；Ca（OH）₂；
②若n（NO）：n（NO₂）＞1：1，則一氧化氮過(guò)量，排放氣體中NO含量升高；若n（NO）：n（NO₂）＜1：1，則二氧化氮過(guò)量，二氧化氮可與石灰乳反應(yīng)生成Ca（NO₃）₂，
故答案為：排放氣體中NO含量升高；產(chǎn)品Ca（NO₂）₂中Ca（NO₃）₂含量升高；
（4）由NH₃制NO的產(chǎn)率是95%、NO制HNO₃的產(chǎn)率是90%，根據(jù)氮原子守恒可知，NH₃～NO～HNO₃，則1mol氨氣可得到硝酸1mol×95%×90%=0.855mol，由HNO₃+NH₃═NH₄NO₃，則該反應(yīng)消耗的氨氣的物質(zhì)的量為0.855mol，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 $\frac{1mol}{1mol+0.855mol}$×100%=53.9%；即制HNO₃所用去的NH₃的質(zhì)量占總耗NH₃質(zhì)量的53.9%，
故答案為：53.9．

點(diǎn)評(píng) 本題通過(guò)合成上氨及氨氧化法制硝酸為載體，考查學(xué)生在“工藝流程閱讀分析，化學(xué)反應(yīng)原理在工藝流程的應(yīng)用，氧化還原反應(yīng)分析，相關(guān)反應(yīng)的書寫”等方面，考查學(xué)生對(duì)新信息的處理能力，注意對(duì)元素化合物性質(zhì)及其轉(zhuǎn)化關(guān)系的理解和應(yīng)用，題目難度中等．