Question

7．工業(yè)上制取硝酸銨的流程圖如圖，請回答下列問題．

（1）合成氨的工業(yè)設(shè)備名稱是合成塔，設(shè)備中設(shè)置熱交換器的目的是利用余熱，節(jié)約能源；此生產(chǎn)過程中，N₂與H₂合成NH₃所用的催化劑是鐵砂網(wǎng)；生產(chǎn)中原料氣必須進(jìn)行脫硫，目的是防止催化劑中毒．
（2）吸收塔中反應(yīng)為4NO+3O₂+2H₂O=4HNO₃，從生產(chǎn)流程看，吸收塔中需要補充空氣，其原因是使NO循環(huán)利用，全部轉(zhuǎn)化為硝酸．
（3）生產(chǎn)硝酸的過程中常會發(fā)生一些氮的氧化物，可用如下三種方法處理：
方法一：堿吸收法：NO+NO₂+2NaOH=2NaNO₂+NaNO₃+CO₂
方法二：氨還原法：8NH₃+6NO₂$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$7N₂+12H₂O（該反應(yīng)放熱，NO也有類似的反應(yīng)）
方法三：甲烷吸收法：CH₄（g）+2NO₂（g）═CO₂（g）+N₂（g）+2H₂O（g）△H=+867kJ/mol（NO也有類似反應(yīng)）
上述三種方法中，方法一最大的缺點是單獨的NO不能被吸收；方法二和方法三相比，優(yōu)點是甲烷比氨價格便宜，缺點是耗能高．
（4）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)量占總消耗NH₃質(zhì)量（不考慮其它損耗）的54.4%（保留三位有效數(shù)字）．

Answer 1

分析 （1）合成氨的工業(yè)設(shè)備是合成塔；合成氨的反應(yīng)屬于放熱反應(yīng)；N₂與H₂合成NH₃所用的催化劑是鐵砂網(wǎng)；生產(chǎn)中應(yīng)防止催化劑中毒；
（2）在吸收塔中二氧化氮與水反應(yīng)生成硝酸和NO，通入空氣，NO能被空氣中的氧氣氧化為二氧化氮，二氧化氮再與水反應(yīng)生成硝酸，這樣使NO循環(huán)利用，全部轉(zhuǎn)化為硝酸；
（3）方法一最大的缺點是單獨的NO不能被吸收，只能與NO₂一起被堿液吸收；方法三和方法二相比，優(yōu)點是甲烷比氨價格便宜；缺點是方法三的耗能較高；
（4）根據(jù)氮原子守恒可知，NH₃～NO～HNO₃，以此計算．

解答 解：（1）合成氨的工業(yè)設(shè)備是合成塔，熱交換器的目的合成氨放熱反應(yīng)，可以利用熱量對氨的催化氧化中進(jìn)行加熱，節(jié)約能源，因此熱交換器作用是：利用余熱，節(jié)約能源；根據(jù)流程圖：將氮氣和氫氣通過鐵砂網(wǎng)，產(chǎn)生氨氣，因此合成氨的催化劑是鐵砂網(wǎng)或鐵觸媒，在生產(chǎn)過程中，應(yīng)對氣體的雜質(zhì)進(jìn)行處理，因為這些雜質(zhì)可能造成催化劑中毒，
故答案為：合成塔；利用余熱，節(jié)約能源；鐵砂網(wǎng)；防止催化劑中毒；
（2）在吸收塔中二氧化氮與水反應(yīng)生成硝酸和NO，通入空氣，NO能被空氣中的氧氣氧化為二氧化氮，二氧化氮再與水反應(yīng)生成硝酸，這樣使NO循環(huán)利用，全部轉(zhuǎn)化為硝酸，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：4NO+3O₂+2H₂O=4HNO₃；
故答案為：4NO+3O₂+2H₂O=4HNO₃；使NO循環(huán)利用，全部轉(zhuǎn)化為硝酸；
（3）方法一最大的缺點是單獨的NO不能被吸收，只能與NO₂一起被堿液吸收；方法三和方法二相比，優(yōu)點是甲烷比氨價格便宜，節(jié)約成本；缺點是方法三的反應(yīng)熱為+867kJ•mol^-1，耗能較高；
故答案為：單獨的NO不能被吸收；甲烷比氨價格便宜；耗能高；
（4）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：$\frac{1mol}{1mol+0.8366}$×100%=54.4%，即制HNO₃所用去的NH₃的質(zhì)量占總耗NH₃質(zhì)量的54.4%，
故答案為：54.4．

點評 本題考查了工業(yè)制備原理應(yīng)用，題目難度中等，流程分析，實驗制備物質(zhì)的分析判斷，利用物質(zhì)的轉(zhuǎn)化及質(zhì)量守恒的方法來進(jìn)行簡單計算，使用硝酸銨的注意事項，明確轉(zhuǎn)化中的化學(xué)反應(yīng)得出物質(zhì)之間的關(guān)系是解答的關(guān)鍵．