Question

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             ，其中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為                                                    。
（2）此生產(chǎn)過程中，N₂與H₂合成NH₃所用的催化劑是              。1909年化學(xué)家哈伯在實(shí)驗(yàn)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(shí)了氫氣與氮?dú)庠诠腆w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                、                    。
（3）在合成氨的設(shè)備（合成塔）中，設(shè)置熱交換器的目的是                     ；在合成硝酸的吸收塔中通入空氣的目的是                              。
（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 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                                   。
（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　      %。
（6）硝酸銨是一種常用的氮肥，在貯存和使用該化肥時(shí)，應(yīng)注意的事項(xiàng)及理由是：

	注意事項(xiàng)	理由
①
②

 

Answer 1

（1）氧化爐，（1分）      4NH₃+5O₂4NO+6H₂O。（2分）
（2）鐵砂網(wǎng)（或鐵）（1分）。N₂、H₂被吸附在催化劑表面；（1分）在催化劑表面，N₂、H₂中化學(xué)鍵斷裂（1分）
（3）利用余熱，節(jié)約能源（1分）；可使NO循環(huán)利用，全部轉(zhuǎn)化成HNO₃（1分）
（4）NH₃還原法（1分）
（5）53（2分）
（6）①不能與堿性肥料混施 硝酸銨溶液呈酸性；
②不能劇烈撞擊 硝酸銨易爆炸；
③不能在雨水較多的地區(qū)使用 硝酸銨吸水性強(qiáng)，易流失
（上述原因答出任意兩條即可。4分，各1分）

試題分析：（1）工業(yè)制硝酸用氨氧化法制取，其法以氨和空氣為原料，用Pt—Rh合金網(wǎng)為催化劑在氧化爐中于 800℃進(jìn)行氧化反應(yīng)，生成的NO在冷卻時(shí)與O₂生NO₂，NO₂在吸收塔內(nèi)用水吸收在過量空氣中O₂的作用下轉(zhuǎn)化為硝酸，最高濃度可達(dá)50％。制濃硝酸則把50％HNO₃與Mg[NO₃]2或濃H₂SO₄蒸餾而得。反應(yīng)的化學(xué)方程式分別為：4NH₃+5O₂4NO+6H₂O、2NO+O₂=2NO₂、3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO。
（2）N₂與H₂合成NH₃所用的催化劑是鐵砂網(wǎng)（或鐵）。分析題中圖可以知道，圖②表示N₂、H₂被吸附在催化劑表面，而圖③表示在催化劑表面，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不斷通入空氣，目的是提供充足的氧氣，以便使NO循環(huán)利用，全部轉(zhuǎn)化成硝酸；
（4）根據(jù)“綠色化學(xué)”要求從根本上減少或杜絕污染，盡可能使原料的利用率提高來看，符合綠色化學(xué)的是NH₃還原法，因?yàn)閴A液吸收法產(chǎn)生了有毒的物質(zhì)亞硝酸鈉，所以不符合“綠色化學(xué)”的要求。
（5）由NH₃制NO的產(chǎn)率是96%、NO制HNO₃的產(chǎn)率是92%，，
根據(jù)氮原子守恒可知，
NH₃～NO～HNO₃，
則1mol氨氣可得到硝酸1mol×96%×92%=0.8832mol，
由HNO₃+NH₃═NH₄NO₃，
則該反應(yīng)消耗的氨氣的物質(zhì)的量為0.8832mol，
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1mol 1mol+0.8832mol ×100%=53.1%．
（6）根據(jù)硝酸銨的性質(zhì)來解答，由于硝酸銨受撞擊時(shí)易爆炸，因此硝酸銨不能與易燃物混放；不能用鐵錘等物將結(jié)塊的硝酸銨砸碎；不能受到嚴(yán)重撞擊，因?yàn)橄跛徜@溶液呈酸性，所以不能與堿性肥料混施。