Question

9．工業(yè)上合成氨的簡易流程如下：

（1）原料氣中往往含有CO等雜質(zhì)，在反應進行前要先凈化，凈化的原因是防止催化劑中毒．
（2）氮氣和氫氣的混合氣體通過壓縮機壓縮的原因是增大壓強，加快反應速率，使平衡朝生成NH₃的方向進行．
（3）設備A中含有電加熱器、觸媒和熱交換器，設備A的名稱是合成（氨）塔，其中發(fā)生反應的化學方程式為N₂+3H₂$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{△}$2NH₃；．
（4）冷卻塔B中m和n是兩個通水口，入水口是n（填“m”或“n”）；不宜從相反方向通水的原因是高溫氣體由冷卻塔的上端進入，冷卻水從下端進入，逆向冷卻效果好．
（5）設備C的作用是分離液氨和未反應的原料氣．
（6）工業(yè)商用NH₃生產(chǎn)硝酸時，將NH₃和O₂按體積比1：2混合通入某特定條件的密閉容器中進行反應，所有物質(zhì)不與外界交換，最后所得溶液中溶質(zhì)的質(zhì)量分數(shù)為77.8%．

Answer 1

分析 （1）在原料氣制備過程中混有CO對催化劑有毒害作用，需要去原料氣中的CO；
（2）根據(jù)增大壓強和減少生成物對反應速率或是平衡移動的影響知識來回答；
（3）根據(jù)圖示可知，設備A為合成塔、B為冷凝器或冷凝塔；工業(yè)合成氨中合成塔中的反應為氮氣和氫氣在高溫高壓條件下生成氨氣，據(jù)此寫出反應的化學方程式；
（4）設備B為冷凝塔；根據(jù)采用逆流的方式冷卻效果好解答；
（5）設備C是分離塔，將生成氨氣及時分離出來，有利于平衡正向移動；
（6）由4NH₃+5O₂$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{△}$4NO+6H₂O、4NO+3O₂+2H₂O=4HNO₃，可得：NH₃+2O₂=HNO₃+H₂O，根據(jù)方程計算．

解答 解：（1）原料氣中的H₂S、CO、CO₂等雜質(zhì)容易造成催化劑中毒，降低催化效果，所以必須將原料氣中往往含有的H₂S、CO、CO₂等雜質(zhì)除去，防止催化劑中毒，
故答案為：防止催化劑中毒；
（2）氮、氫混合氣體送入合成塔前要通過壓縮機壓縮，來增大壓強，這樣可以加快化學反應速率，還可以讓化學平衡朝生成NH₃的方向進行，
故答案為：增大壓強，加快反應速率，使平衡朝生成NH₃的方向進行；
（3）氮氣和氫氣經(jīng)過壓縮、除油后進入合成塔合成氨氣，所以A為合成塔；工業(yè)合成氨中合成塔中的反應為：氮氣和氫氣在高溫高壓條件下生成氨氣，反應方程式為：N₂+3H₂$\frac{\underline{\;\;催化劑\;\;}}{高溫高壓}$2NH₃，
故答案為：合成（氨）塔；N₂+3H₂$\frac{\underline{\;\;催化劑\;\;}}{高溫高壓}$2NH₃；
（4）從合成塔出來的氣體溫度較高，需要先降溫再吸收，則B為冷卻塔（或冷凝器）；一元高溫氣體由冷卻塔的上端進入，冷卻水從下端進入，逆向冷卻效果好，所以入水口為n，
故答案為：n；高溫氣體由冷卻塔的上端進入，冷卻水從下端進入，逆向冷卻效果好；
（5）設備C是分離塔，將生成的液態(tài)氨氣與未反應的原料氣分離，氨氣不斷被液化分離，減小氨氣的濃度，促使平衡不斷正向移動，提高原料的利用率，
故答案為：分離液氨和未反應的原料氣；
（6）由4NH₃+5O₂$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{△}$4NO+6H₂O、4NO+3O₂+2H₂O=4HNO₃可得：NH₃+2O₂=HNO₃+H₂O，則按理論上的原料比將原料放在一個具有反應條件的密閉容器中進行，所有物質(zhì)不與外界交換，則生成1molHNO₃、molH₂O，則硝酸的質(zhì)量分數(shù)為：$\frac{63}{63+18}$×100%=77.8%，
故答案為：77.8%．

點評 本題以工業(yè)合成氨的知識，題目難度中等，根據(jù)合成流程明確合成原理為解答關鍵，注意了解工業(yè)合成氨的設備名稱及影響化學平衡的因素，試題培養(yǎng)了學生的分析、理解能力及靈活應用能力．