Question

工業上制取硝酸銨的流程圖如下，請回答下列問題：

（1）在上述工業制硝酸的生產中，B設備的名稱是             ，其中發生反應的化學方程式為                                                    。
（2）此生產過程中，N₂與H₂合成NH₃所用的催化劑是              。1909年化學家哈伯在實驗室首次合成了氨，2007年化學家格哈德·埃特爾在哈伯研究所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）在合成氨的設備（合成塔）中，設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）生產硝酸的過程中常會產生一些氮的氧化物，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）
以上兩種方法中，符合綠色化學的是                                   。
（5）某化肥廠用NH₃制備NH₄NO₃。已知：由NH₃制NO的產率是96%、NO制HNO₃的產率是92%，則制HNO₃所用去的NH₃的質量占總耗NH₃質量（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，應注意的事項及理由是：

	注意事項	理由
①
②

 

Answer 1

（1）氧化爐，（1分）      4NH₃+5O₂4NO+6H₂O。（2分）
（2）鐵砂網（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中化學鍵斷裂（1分）
（3）利用余熱，節約能源（1分）；可使NO循環利用，全部轉化成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使用 硝酸銨吸水性強，易流失
（上述原因答出任意兩條即可。4分，各1分）

解析試題分析：（1）工業制硝酸用氨氧化法制取，其法以氨和空氣為原料，用Pt—Rh合金網為催化劑在氧化爐中于 800℃進行氧化反應，生成的NO在冷卻時與O₂生NO₂，NO₂在吸收塔內用水吸收在過量空氣中O₂的作用下轉化為硝酸，最高濃度可達50％。制濃硝酸則把50％HNO₃與Mg[NO₃]2或濃H₂SO₄蒸餾而得。反應的化學方程式分別為：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（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中化學鍵斷裂。
（3）在合成氨的設備（合成塔）中，設置熱交換器的目的是利用余熱，節約能源；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循環利用，全部轉化成硝酸；
（4）根據“綠色化學”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，符合綠色化學的是NH₃還原法，因為堿液吸收法產生了有毒的物質亞硝酸鈉，所以不符合“綠色化學”的要求。
（5）由NH₃制NO的產率是96%、NO制HNO₃的產率是92%，，
根據氮原子守恒可知，
NH₃～NO～HNO₃，
則1mol氨氣可得到硝酸1mol×96%×92%=0.8832mol，
由HNO₃+NH₃═NH₄NO₃，
則該反應消耗的氨氣的物質的量為0.8832mol，
氨氣的質量之比等于物質的量之比，
則制HNO₃所用去的NH₃的質量占總耗NH₃質量的百分數為1mol 1mol+0.8832mol ×100%=53.1%．
（6）根據硝酸銨的性質來解答，由于硝酸銨受撞擊時易爆炸，因此硝酸銨不能與易燃物混放；不能用鐵錘等物將結塊的硝酸銨砸碎；不能受到嚴重撞擊，因為硝酸銨溶液呈酸性，所以不能與堿性肥料混施。
考點：考查化學生產有關知識。