Question

14．NH₃和HNO₃是重要的工业产品，如图是合成氨和氨氧化制硝酸的工艺流程．

（1）合成塔中发生反应的化学方程式是3H₂+N₂2NH₃．
（2）氨分离器中压强约为15MPa，温度约为-20℃，分离氨应用了氨易挥发的性质，从氨分离器中又回到合成塔中的物质是N₂、H₂．
（3）氧化炉中反生反应的化学方程式是4NH₃+5O₂$\frac{\underline{催化剂}}{△}$4NO+6H₂O．
（4）尾气中的少量NO、NO₂可以用NH₃来处理，在催化剂作用下生成无污染的气体，写出NO₂和NH₃反应的化学方程式8NH₃+6NO₂$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$7N₂+12H₂O．当有5.6LNO₂被还原时，转移电子的物质的量为1mol．
（5）氧化炉中出来的气体，先降温再进入吸收塔，吸收塔中通入空气的作用是使NO₂和NO全部转化为HNO₃．若进入吸收塔的气体的体积分数为NO₂10.0%，NO 1.32%，其余为N₂、水蒸气等．当进入氧化炉中气体为10m³时，最少需要空气的体积为1.66m³．

Answer 1

分析 （1）合成塔中氮气和氢气反应生成氨气，该反应为可逆反应；
（2）根据题干中的生产流程图知，原料气氮气和氢气，经过氨的合成、氨的分离，循环利用的为氮气和氢气的混合气；
（3）氧化炉中氨的催化氧化，产物是一氧化氮和水，据此来书写反应方程式；
（4）NO₂和NH₃反应：8NH₃+6NO₂$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$7N₂+12H₂O中，NH₃中N元素的化合价由-3升高为0价，NO₂中N元素的化合价由+5价降低为0价，转移电子数为24e^-，以此来解答．
（5）吸收塔中通入空气的作用是使NO₂和NO全部转化为HNO₃，根据4NO+3O₂+2H₂O=4HNO₃；4NO₂+O₂+2H₂O=4HNO₃、以及空气中氧气的体积体积分数为21%进行计算．

解答 解：（1）合成塔中氮气和氢气反应：3H₂+N₂2NH₃，故答案为：3H₂+N₂2NH₃；
（2）合成氨反应是一个可逆反应，氨气极易挥发，氨分离器中压强约为15MPa，温度约为-20℃，分离氨应用了氨的易挥发性质，根据题干中的生产流程图知，经过氨的合成、氨的分离，分离出的是氨气，循环利用的为氮气和氢气的混合气，
故答案为：易挥发；N₂、H₂；
（3）氧化炉中发生的反应是氨的催化氧化反应，原理方程式为：4NH₃+5O₂$\frac{\underline{催化剂}}{△}$4NO+6H₂O，故答案为：4NH₃+5O₂$\frac{\underline{催化剂}}{△}$4NO+6H₂O；
（4）NO₂和NH₃反应NH₃中N元素的化合价由-3升高为0价，NO₂中N元素的化合价由+4价降低为0价，生成氮气和水，反应方程式为：8NH₃+6NO₂$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$7N₂+12H₂O，6molNO₂参加反应转移电子数为24mole^-，当有5.6LNO₂被还原时，被还原的氮气的物质的量为：$\frac{5.6L}{22.4L/mol}$=0.25mol，转移电子的物质的量为0.25mol×24×$\frac{1}{6}$=1mol，
故答案为：1；
（5）氧化炉中出来的气体，先降温再进入吸收塔，吸收塔中通入空气发生反应2NO+O₂=2NO₂；4NO+3O₂+2H₂O=4HNO₃；4NO₂+O₂+2H₂O=4HNO₃，所以通入空气作用为使NO₂和NO全部转化为HNO₃，进入吸收塔的气体的体积分数为NO₂10.0%，NO 1.32%，其余为N₂、水蒸气等，当进入氧化炉中气体为10m³时，NO₂体积为10m³×10%=0.1m³，需氧气：0.1m³×$\frac{1}{4}$，NO体积为10m³×1.32%=0.0132m³，需氧气：0.0132m³×$\frac{3}{4}$，空气中氧气的体积体积分数为21%，最少需要空气的体积为$\frac{0.1{m}^{3}×\frac{1}{4}+0.0132{m}^{3}×\frac{3}{4}}{21%}$≈1.66m³，
故答案为：使NO₂和NO全部转化为HNO₃；1.66．

点评 本题主要考查了合成氨工业，题目综合性较强，题目难度中等，掌握合成氨工业的流程，掌握氮及其化合物的性质是解答本题的关键，综合考查了学生具有分析和解决问题的能力．