Question

7．Ⅰ．工業(yè)上制取硝酸的主要流程圖如圖1：

（1）工業(yè)合成氨的原料是N₂和H₂．裝置A的名稱是合成塔；其中N₂可從空氣中分離出來，方法是先將空氣液化，然后蒸餾或控制N₂的沸點加熱蒸發(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）$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$CO+3H₂．
（2）在原料氣制備過程中混有的CO對催化劑有毒害作用，欲除去原料氣中的CO，可通過如下反應(yīng)：CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g）來實現(xiàn)．已知1100K時該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=0.64，若要使CO的轉(zhuǎn)化率超過80%，則起始物中c（H₂O）：c（CO）不低于5.8．
Ⅱ．利用石灰乳來除去硝酸工業(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，其部分工藝流程如圖2．已知NO和NO₂按1：1通入堿液中生成亞硝酸鹽．
（3）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）．
（4）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，則會導(dǎo)致排放氣體中NO 含量升高；若n（NO）：n（NO₂）＜1：1，則會導(dǎo)致產(chǎn)品Ca（NO₂）₂ 中Ca（NO₃）₂ 含量升高．

Answer 1

分析 （1）工業(yè)上采用氨氧化法制硝酸．首先N₂和H₂在合成塔中合成NH₃，然后在氧化爐中將NH₃氧化為NO₂，在吸收塔中NO₂與O₂、H₂O反應(yīng)生成HNO₃，最后稀HNO₃在蒸餾塔中濃縮制得濃硫酸；
（2）分離空氣中氮氣的方法：先液化空氣，然后采用蒸餾或控制氮氣的沸點加熱蒸發(fā)分離出氮氣；
（3）工業(yè)制硝酸的尾氣處理，主要采用堿性石灰乳吸收NO和NO₂，濾渣中的石灰乳可回收利用，既經(jīng)濟合理，又綠色環(huán)保；
（4）硝酸工業(yè)尾氣NO、NO2用堿液吸收的主反應(yīng)為NO+NO₂+2OH^-=2NO₂^-+H₂O，副反應(yīng)為2NO₂+2OH^-=NO₂^-+NO₃^-+H₂O．要控制NO、NO₂的比例為1：1，才能保證主反應(yīng)完全反應(yīng)．若NO過量，NO不能得到充分的吸收；若NO₂多了，副反應(yīng)就會生成Ca（NO₃）₂．

解答 解：（1）N₂與H₂合成氨是在合成塔中進(jìn)行的．其中N₂的制備，是將空氣液化，然后進(jìn)行蒸餾或者控制N₂沸點加熱蒸發(fā)制得；反應(yīng)物和條件題干已經(jīng)給出，只需寫出生成物、配平反應(yīng)方程式為CH₄+H₂O（g）$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$CO+3H₂，
故答案為：合成塔；液化；蒸餾或控制N₂的沸點加熱蒸發(fā)；CH₄+H₂O（g）$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$CO+3H₂；
（2）設(shè)c（H₂O）：c（CO）為X．假設(shè)初始c（H₂O）為X，則c（CO）為．由CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g）可知，要使CO轉(zhuǎn)化率達(dá)到0.8，則平衡時各物質(zhì)的濃度為c（CO）=0.2； c（H₂O）=X-0.8；c（CO₂）=0.8；c（H₂）=0.8．由平衡常數(shù)K=$\frac{0.8×0.8}{（X-0.8）×0.2}=0.64$，可解得X=5.8，
故答案為：5.8；
（3）使用吸收塔的好處就在于，增大尾氣與吸收液之間接觸的面積，從而提高尾氣的吸收率．濾渣中可回收利用的是過量的石灰乳，也就是Ca（OH）₂．
 故答案為：使尾氣中的NO、NO₂ 被充分吸收；Ca（OH）₂；
（4）硝酸工業(yè)尾氣NO、NO₂一般用堿液吸收，主反應(yīng)為：NO+NO₂+2OH^-=2NO₂^-+H₂O，副反應(yīng)為：2NO₂+2OH^-=NO₂^-+NO₃^-+H₂O．若n（NO）：n（NO₂）＞1：1，則一氧化氮過量，排放氣體中NO含量升高；若n（NO）：n（NO₂）＜1：1，則二氧化氮過量，二氧化氮與石灰乳反應(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．

點評 本題主要考察硝酸工業(yè)生產(chǎn)中尾氣的處理問題，契合我國當(dāng)前綠色生產(chǎn)的理念，此類問題近期考察頻率很高．