Question

氨是一种重要的化工原料，在工农业生产中有很多重要应用
I．工业合成氨的流程示意图如图1：回答下列问题：
（1）设备A中含有电加热器、触媒和热交换器，设备A的名称

 

，其中发生的化学反应方程式为

 

；原料氢气的来源是水和碳氢化合物，写出分别采用煤和天然气为原料制取氢气的化学反应方程式：

 

，

 

；
（2）设备B的名称

 

，其中m和n是两个通水口，入水口是

 

（填“m”或“n”）．不宜从相反方向通水的原因

 

；
（3）设备C的作用是

 

；
II．制碱工业主要有“氨碱法”和“联合制碱法”两种工艺，氨碱法的工艺如图2所示：
（4）图中的中间产物C是

 

，D

 

．（写化学式）；
（5）碳酸化塔中发生反应的化学方程式为

 

；
（6）联合制碱法对氨碱法进行了改进，更加符合绿色化学的重要原则，提高了反应的原子利用率．根据“联合制碱法”总反应，列出计算原子利用率的表达式：原子利用率（%）=

 

．

Answer 1

分析：（1）氮气和氢气在合成塔内发生化合反应生成氨气；利用碳或甲烷和水蒸气在高温下反应生成氢气和一氧化碳；
（2）从A中出来的混合气体进入冷却塔冷凝，为了达到最佳冷凝效果，高温气体从冷凝塔上端进入，冷却水从下端进入；
（3）C是分离塔，在分离塔内将液氨和未反应的原理气体分离，原料可循环利用；
（4）碳酸钙分解生成生石灰，生石灰与水反应生成氢氧化钙，氯化铵和氢氧化钙反应生成氯化钙和氨气和水；
（5）二氧化碳、氨气、氯化钠溶液在碳酸化塔中发生反应生成碳酸氢钠和氯化铵；
（6）原子利用率=

目标产物总质量

反应物总质量

×100%，结合联合制碱法方程式解答．

解答：解：（1）氮气和氢气在合成塔内发生化合反应生成氨气方程式为：N₂+3H₂ 

催化剂

高温高压

 2NH₃；碳和水蒸气反应方程式：C+H₂O 

高温  .

CO+H₂；甲烷和水蒸气反应方程式：CH₄+H₂O  

高温  .

CO+H₂；
故答案为：合成塔；N₂+3H₂

催化剂

高温高压

2NH₃；C+H₂O

高温  .

CO+H₂；CH₄+H₂O

高温  .

CO+H₂；
（2）混合气体进入冷却塔冷凝，冷凝水从下口进入上口排除，逆向冷凝效果更好，
故答案为：冷凝器；n；高温气体从冷凝塔上端进入，冷却水从下端进入，逆向冷凝效果更好；
（3）C是分离塔，在分离塔内将液氨和未反应的原理气体分离，
故答案为：在分离塔内将液氨和未反应的原理气体分离；
（4）碳酸钙分解生成生石灰，生石灰与水反应生成氢氧化钙，氯化铵和氢氧化钙反应生成氯化钙和氨气和水，
故答案为：Ca（OH）₂；NH₃；
（5）二氧化碳、氨气、氯化钠溶液在碳酸化塔中发生反应生成碳酸氢钠和氯化铵方程式为：NH₃+CO₂+H₂O+NaCl=NaHCO₃↓+NH₄Cl，
故答案为：NH₃+CO₂+H₂O+NaCl=NaHCO₃↓+NH₄Cl；
（6）根据方程式：NH₃+CO₂+H₂O+NaCl=NaHCO₃↓+NH₄Cl得：原子利用率=

目标产物总质量

反应物总质量

×100%=

m(Na2CO3)+m(NH4Cl)

m(NaCl)+m(NH3)+m(H2O)

×100%，
故答案为：

m(Na2CO3)+m(NH4Cl)

m(NaCl)+m(NH3)+m(H2O)

×100%．

点评：本题考查“氨碱法”和“联合制碱法”两种工艺的流程，题目难度较大，注意把握反应的原理，注重相关基础知识的积累．