Question

15．工業(yè)上制取硝酸銨的流程圖如圖1所示．

請回答下列問題：
（1）在合成氨的生產(chǎn)中，A設備的名稱為合成塔，N₂與H₂合成NH₃所用的催化劑是鐵觸媒．2007年化學家格哈德•埃特爾研究證實了氫氣與氮氣在固體催化劑表面合成氨的反應過程，示意圖如圖2．、、分別表示H₂、N₂、NH₃．圖⑤表示生成的NH₃離開催化劑表面，圖②和③含義分別是N₂、H₂被吸附在催化劑表面、在催化劑表面，N₂、H₂中化學鍵斷裂．
（2）合成氨時，假設100L氮氣與氫氣（體積比為1：3）的混合氣體充分反應后，體積變?yōu)?0L，則氮氣的轉(zhuǎn)化率為20%．
（3）在上述工業(yè)生產(chǎn)中，B裝置的名稱為氧化爐，B中發(fā)生反應的化學方程式為4NH₃+5O₂$\frac{\underline{催化劑}}{△}$4NO+6H₂O．
（4）已知1m³硝酸工業(yè)的尾氣中含3160mgNO_x，其中n（NO）：n（NO₂）=9：1．如果在通入空氣的情況下，用NaOH溶液完全吸收NO_x生成NaNO₃，則發(fā)生反應的化學方程式為10NaOH+7O₂+9NO+NO₂═10NaNO₃+5H₂O，至少需要25%的NaOH溶液（密度1.28g/cm³）12.5mL（結(jié)構(gòu)保留三位有效數(shù)字）．
（5）已知以上硝酸工業(yè)的尾氣NO_x還可以用氨氧混合氣進行處理，寫出以上尾氣NO_x與氨氣反應的化學方程式22NH₃+27NO+3NO₂═26N₂+33H₂O．

Answer 1

分析 （1）合成塔是N₂與H₂合成NH₃的設備，所用的催化劑是鐵觸媒；圖②中兩種雙原子分子被吸附在催化劑表面；③中分子中的化學鍵斷裂生成原子；
（2）根據(jù)反應方程式N₂+3H₂?2NH₃，根據(jù)體積的變化求反應的氮氣的體積，然后根據(jù)轉(zhuǎn)化率為=$\frac{變化量}{起始量}$；
（3）氨氣在氧化爐中被催化氧化；氨氣被氧化為NO和水；
（4）NaOH溶液與尾氣n（NO）：n（NO₂）=9：1在氧氣的作用下反應生成NaNO₃和水，根據(jù)氧化還原反應得失電子守恒寫出方程式；設混合氣體中含有xmolNO，ymolNO₂，依據(jù)題中條件n（NO）：n（NO₂）=9：1，及總質(zhì)量為3160mg，計算兩種氣體的物質(zhì)的量，根據(jù)化學反應方程式中氫氧化鈉與氣體的比例關(guān)系計算出氫氧化鈉的物質(zhì)的量，結(jié)合c=$\frac{1000ρω}{M}$計算出質(zhì)量分數(shù)為25%、密度為1.28g/cm³的氫氧化鈉的濃度，最后用V=$\frac{n}{c}$計算體積；
（5）尾氣NO_x與氨氣發(fā)生歸中反應生成氮氣．

解答 解：（1）合成塔是N₂與H₂合成NH₃的設備，所用的催化劑是鐵觸媒；圖②中兩種雙原子分子被吸附在催化劑表面，即N₂、H₂被吸附在催化劑表面；③中分子中的化學鍵斷裂生成原子，即在催化劑表面N₂、H₂中的化學鍵斷裂生成N原子和H原子，
故答案為：合成塔；鐵觸媒；N₂、H₂被吸附在催化劑表面；在催化劑表面N₂、H₂中的化學鍵斷裂；
（2）根據(jù)反應方程式N₂+3H₂?2NH₃ △V，
                     1         2
                    V變       100-90
所以V變=$\frac{100-90}{2}$=5L，
所以轉(zhuǎn)化率為=$\frac{變化量}{起始量}$=$\frac{5L}{100L×\frac{1}{4}}$=20%，
故答案為：20%；
（3）氨氣在氧化爐中被催化氧化，B設備的名稱是；氨氣被氧化為NO和水，其反應的方程式為：4NH₃+5O₂ $\frac{\underline{催化劑}}{△}$4NO+6H₂O，
故答案為：氧化爐；4NH₃+5O₂ $\frac{\underline{催化劑}}{△}$4NO+6H₂O；
（4）NaOH溶液與尾氣n（NO）：n（NO₂）=9：1在氧氣的作用下反應生成NaNO₃和水，反應方程式為：10NaOH+7O₂+9NO+NO₂═10NaNO₃+5H₂O，
由題意可知n（NO）：n（NO₂）=9：1，及總質(zhì)量為3160mg，設混合氣體中含有xmolNO，ymolNO₂，
則：x：y=9：1；30x+46y=3.16；解得x=0.09；y=0.01；
則氫氧化鈉的物質(zhì)的量為0.1mol，氫氧化鈉的物質(zhì)的量濃度c=$\frac{1000ρω}{M}$=$\frac{1000×1.28×25%}{40}$mol/L=8mol/L，則氫氧化鈉的體積為：V=$\frac{n}{c}$=$\frac{0.1mol}{8mol/L}$=0.0125L=12.5mL，
故答案為：10NaOH+7O₂+9NO+NO₂═10NaNO₃+5H₂O；12.5mL； 
（5）尾氣NO_x與氨氣發(fā)生歸中反應生成氮氣，反應方程式為：22NH₃+27NO+3NO₂═26N₂+33H₂O，
故答案為：22NH₃+27NO+3NO₂═26N₂+33H₂O．

點評 本題考查了工業(yè)制備氨氣的原理應用，流程分析，按題中信息準確書寫氧化還原反應方程式，明確轉(zhuǎn)化中的化學反應得出物質(zhì)之間的關(guān)系是解答的關(guān)鍵，題目難度中等．