Question

7．工业上制取硝酸铵的流程图如图1，请回答下列问题：

（1）在上述工业制硝酸的生产中，设备M的名称是氧化炉，其中发生反应的化学方程式为4NH₃+5O₂ $\frac{\underline{催化剂}}{△}$4NO+6H₂O．
（2）此主产过程中，N₂与H₂合成NH₃所用的催化剂是铁砂网．科学研究证实了氢气与氧气在固体催化剂表面合成氨的反应过程，示意图如图2：

、、分别表示N₂、H₂、NH₃．图⑤表示生成的NH₃离开催化剂表面，图②和图③的含义分别是N₂、H₂被吸附在催化剂表面、在催化剂表面N₂、H₂中的化学键断裂．
（3）在合成氨的设备（合成塔）中，设置热交换器的目的是利用余热，节约能源；在合成硝酸的吸收塔中通入空气的目的是使NO循环利用，全部转化为硝酸．
（4）生产硝酸的过程中常会产生一些氮的氧化物，可用如下两种方法处理：

碱液吸收法：NO+NO₂+2NaOH═2NaNO₂+H₂O
NH₃还原法：8NH₃+6NO₂$\frac{\underline{催化剂}}{△}$7N₂+12H₂O（NO也有类似的反应）
以上两种方法中，符合绿色化学的是氨气还原法．
（5）某化肥厂用NH₃制备NH₄NO₃．已知：由NH₃制NO的产率是96%，NO制HNO₃的产率是92%．则制HNO₃所用去的NH₃的质量占总耗NH₃质量（不考虑其它损耗）的53%．

Answer 1

分析 （1）氨气在氧化炉中被催化氧化；氨气被氧化为NO和水；
（2）N₂与H₂合成NH₃所用的催化剂是铁砂网；图②中两种双原子分子被吸附在催化剂表面；③中分子中的化学键断裂生成原子；
（3）合成氨的反应属于放热反应，热交换器可以充分利用余热，节约能源；在吸收塔中二氧化氮与水反应生成硝酸和NO，NO能被氧气氧化为二氧化氮；
（4）据反应化学方程式反应物和生成物的性质和经济效益分析，绿色化学为无污染，原子利用率高的生产；
（5）根据NH₃制NO的产率是96%、NO制HNO₃的产率是92%，利用氮原子守恒来计算硝酸的量，再由HNO₃跟NH₃反应生成NH₄NO₃来计算氨气的量，最后计算制HNO₃所用去的NH₃的质量占总耗NH₃质量的百分数．

解答 解：（1）氨气在氧化炉中被催化氧化，B设备的名称是；氨气被氧化为NO和水，其反应的方程式为：4NH₃+5O₂ $\frac{\underline{催化剂}}{△}$4NO+6H₂O；
故答案为：氧化炉；4NH₃+5O₂ $\frac{\underline{催化剂}}{△}$4NO+6H₂O；
（2）N₂与H₂合成NH₃所用的催化剂是铁砂网；图②中两种双原子分子被吸附在催化剂表面，即N₂、H₂被吸附在催化剂表面；③中分子中的化学键断裂生成原子，即在催化剂表面N₂、H₂中的化学键断裂生成N原子和H原子；
故答案为：铁砂网；N₂、H₂被吸附在催化剂表面；在催化剂表面N₂、H₂中的化学键断裂；
（3）合成氨的反应属于放热反应，反应过程中会放出大量的热，用热交换器可以充分利用余热，节约能源；在吸收塔中二氧化氮与水反应生成硝酸和NO，通入空气，NO能被空气中的氧气氧化为二氧化氮，二氧化氮再与水反应生成硝酸，这样使NO循环利用，全部转化为硝酸；
故答案为：利用余热，节约能源；使NO循环利用，全部转化为硝酸；
（4）碱液吸收法：NO+NO₂+2NaOH═2NaNO₂+H₂O，NH₃还原法：8NH₃+6NO₂$\frac{\underline{催化剂}}{△}$7N₂+12H₂O，分析可知碱液吸收法消耗大量的氢氧化钠生成的亚硝酸盐毒，NH₃还原法产物无污染，得到合成氨的原料气，故符合绿色化学的是氨气还原法，
故答案为：氨气还原法；
（5）由NH₃制NO的产率是96%、NO制HNO₃的产率是92%，根据氮原子守恒可知，NH₃～NO～HNO₃，则1mol氨气可得到硝酸1mol×96%×92%=0.8832mol，由HNO₃+NH₃═NH₄NO₃，则该反应消耗的氨气的物质的量为0.8832mol，氨气的质量之比等于物质的量之比，则制HNO₃所用去的NH₃的质量占总耗NH₃质量的百分数为$\frac{1mol}{1mol+0.8832mol}$×100%=53%；即制HNO₃所用去的NH₃的质量占总耗NH₃质量的53%，
故答案为：53．

点评 本题考查了工业制备原理应用，流程分析，实验制备物质的分析判断，利用物质的转化及质量守恒的方法来进行简单计算，使用硝酸铵的注意事项，明确转化中的化学反应得出物质之间的关系是解答的关键，题目难度中等．