Question

3．工業(yè)上制取硝酸銨的流程圖如下，請回答下列問題：

（1）在上述工業(yè)制硝酸的生產(chǎn)中，B設(shè)備的名稱是氧化爐，其中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為4NH₃+5O₂$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$4NO+6H₂O．
（2）此生產(chǎn)過程中，N₂與H₂合成NH₃所用的催化劑是鐵砂網(wǎng)．1909年化學(xué)家哈伯在實驗室首次合成了氨，2007年化學(xué)家格哈德•埃特爾在哈伯研究所證實了氫氣與氮氣在固體催化劑表面合成氨的反應(yīng)過程，示意圖如下：

、、分別表示N₂、H₂、NH₃．圖⑤表示生成的NH₃離開催化劑表面，圖②和圖③的含義分別是N₂、H₂被吸附在催化劑表面、在催化劑表面，N₂、H₂中化學(xué)鍵斷裂．
（3）在合成氨的設(shè)備（合成塔）中，設(shè)置熱交換器的目的是利用余熱，節(jié)約能源；在合成硝酸的吸收塔中通入空氣的目的是可使NO循環(huán)利用，全部轉(zhuǎn)化成HNO₃．
（4）生產(chǎn)硝酸的過程中常會產(chǎn)生一些氮的氧化物，可用如下兩種方法處理：
堿液吸收法：NO+NO₂+2NaOH═2NaNO₂+H₂O
NH₃還原法：8NH₃+6NO₂ $\frac{\underline{\;催化劑\;}}{△}$ 7N₂+12H₂O（NO也有類似的反應(yīng)）
以上兩種方法中，符合綠色化學(xué)的是NH₃還原法．
（5）某化肥廠用NH₃制備NH₄NO₃．已知：由NH₃制NO的產(chǎn)率是96%、NO制HNO₃的產(chǎn)率是92%，則制HNO₃所用去的NH₃的質(zhì)量占總耗NH₃質(zhì)量（不考慮其它損耗）的53%．

Answer 1

分析 （1）氨氣氧化生成NO的反應(yīng)是在氧化爐中發(fā)生的，氨氣與氧氣在催化劑的作用下生成NO和水．
（2）合成氨的反應(yīng)用鐵觸媒作催化劑，N2和H2吸附在鐵觸媒表面，并且各自的化學(xué)鍵斷裂，結(jié)合生成氨再離開鐵觸媒表面．
（3）堿液吸收法NO+NO₂+2NaOH═2NaNO₂+H₂O，不能單獨吸收NO．
（4）合成硝酸的吸收塔中不斷地通入空氣，可以不斷的將NO氧化，從而從源頭上降低NO的污染．
（5）制硝酸銨的反應(yīng)：HNO₃+NH₃=NH₄NO₃．根據(jù)氮元素守恒可知，可由NH₃得NO產(chǎn)率，再由NO制得HNO₃的產(chǎn)率可計算得到HNO₃的量；總耗NH₃包括制硝酸消耗的以及與硝酸反應(yīng)的總量．

解答 解：（1）氨氣氧化生成NO的反應(yīng)是在氧化爐中發(fā)生的，氨氣與氧氣在催化劑的作用下生成NO和水；
故答案為：氧化爐；4NH₃+5O₂$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$4NO+6H₂O．
（2）合成氨的反應(yīng)需要用鐵觸媒作為催化劑，其作用機(jī)理如圖所示：圖①表示N₂、H₂與鐵觸媒接觸，圖②表示N₂與H₂吸附在催化劑表面，圖③表示N₂和H₂中的化學(xué)鍵斷裂，圖④表示N與H結(jié)合形成NH₃，圖⑤表示NH₃分子離開催化劑表面．
故答案為：鐵砂網(wǎng)（或鐵觸媒）；N₂、H₂被吸附在催化劑表面；在催化劑表面，N₂、H₂中化學(xué)鍵斷裂．
（3）合成氨的設(shè)備中設(shè)置熱交換器的目的，是利用余熱，這樣可以降低能耗，節(jié)約能源；再合成硝酸的吸收塔中不斷地通入空氣，可以使NO不斷地被氧化，從而全部轉(zhuǎn)化為硝酸．
故答案為：利用余熱，節(jié)約能源；可使NO循環(huán)利用，全部轉(zhuǎn)化成HNO₃．
（4）堿液吸收法不能單獨吸收NO，但是氨還原法既可吸收NO₂，又可吸收NO．
故答案為：NH₃還原法．  
（5）由NH₃制NO的產(chǎn)率是96%、NO制HNO₃的產(chǎn)率是92%可知，1molNH₃可轉(zhuǎn)化為HNO₃的量為1mol×96%×92%=0.8832mol；由HNO₃+NH₃=NH₄NO₃，與0.8832molHNO3反應(yīng)的NH3的量為0.8832mol，消耗氨的總量為1mol+0.8832mol=1.8832mol，因此制HNO₃所用去的NH₃的質(zhì)量占總耗NH₃質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為$\frac{1mol}{1mol+0.8832mol}$≈53%；
故答案為：53．

點評 本題的綜合性很強(qiáng)，把工業(yè)制硝酸相關(guān)的流程與綠色化學(xué)、產(chǎn)率、催化劑機(jī)理等知識結(jié)合在一塊，難度較大，需要同學(xué)們認(rèn)真分析．