Question

13．硝酸銨是一種重要的工業(yè)產品，某工廠制備硝酸銨的流程圖如下．請回答下列問題：

（1）在上述工業(yè)制硝酸的生產中，B設 備的名稱是氧化爐（或氧化器），其中發(fā)生反應的化學方程式為4NH₃+5O₂$\frac{\underline{\;Rt、Rh\;}}{△}$4NO+6H₂O．
（2）1909年化學家哈伯在實驗室首次合成了氨，2007年諾貝爾化學獎獲得者格哈德•埃持爾在哈伯研究基礎上證實了氨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：

已知圖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．
（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(jié)約能源；在合成硝酸的吸收塔中通入空氣的目的是可使NO循環(huán)利用，全部轉化成HNO₃．
（4）若用NH₃制取NO的轉化率為96%，NO轉化則制取HNO₃的氨占全部氨的物質的量分數為51%．

Answer 1

分析 （1）B裝置中氨氣與氧氣在催化劑存在條件下加熱反應生成NO和水，據此判斷裝置名稱并寫出反應的化學方程式；
（2）按照氣體分子向催化劑表面靠近、被吸附、分子分解成原子、氮原子和氫原子結合生成氨氣、氨氣分子離開催化劑的順序解答；
（3）合成氨的反應屬于放熱反應，熱交換器可以充分利用余熱，節(jié)約能源；在吸收塔中二氧化氮與水反應生成硝酸和NO，NO能被氧氣氧化為二氧化氮；
（4）根據NH₃制NO的產率是96%，利用氮原子守恒來計算硝酸的量，再由HNO₃跟NH₃反應生成NH₄NO₃來計算氨氣的量，最后計算制HNO₃所用去的NH₃的質量占總耗NH₃質量的百分數．

解答 解：（1）B中氨氣被催化氧化生成一氧化氮，反應的化學方程式為：4NH₃+5O₂$\frac{\underline{\;Rt、Rh\;}}{△}$4NO+6H₂O，該裝置名稱為氧化爐（或氧化器），
故答案為：氧化爐（或氧化器）；4NH₃+5O₂$\frac{\underline{\;Rt、Rh\;}}{△}$4NO+6H₂O；
（2）氮氣、氫氣在催化劑表面合成氨反應過程的順序為：圖①氮氣分子和氫氣分子向催化劑表面靠近，圖②氮氣和氫氣吸附在催化劑的表面，圖③在催化劑的作用下分解成氫原子和氮原子，圖④表示氮原子與氫原子重新結合成氨分子，圖⑤生成的氨氣離開催化劑表面，
故答案為：N₂、H₂被吸附在催化劑表面；在催化劑表面，N₂、H₂中化學鍵斷裂；
（3）合成氨的反應屬于放熱反應，反應過程中會放出大量的熱，用熱交換器可以充分利用余熱，節(jié)約能源；在吸收塔中二氧化氮與水反應生成硝酸和NO，通入空氣，NO能被空氣中的氧氣氧化為二氧化氮，二氧化氮再與水反應生成硝酸，這樣使NO循環(huán)利用，全部轉化為硝酸；
故答案為：利用余熱，節(jié)約能源；可使NO循環(huán)利用，全部轉化成HNO₃；
（4）由NH₃制NO的產率是96%，根據氮原子守恒可知，NH₃～NO～HNO₃，則1mol氨氣可得到硝酸1mol×96%=0.96mol，由HNO₃+NH₃═NH₄NO₃，則該反應消耗的氨氣的物質的量為0.96mol，氨氣的質量之比等于物質的量之比，則制HNO₃所用去的NH₃的質量占總耗NH₃質量的百分數為：$\frac{1mol}{1mol+0.96mol}$×100%=51%；即制HNO₃所用去的NH₃的質量占總耗NH₃質量的51%，
故答案為：51%．

點評 本題以硝酸的工業(yè)制備為背景，綜合考查對化學反應中化學鍵變化、轉化率計算等考點以及對圖形的觀察能力、推理能力，題目難度中等，注意掌握工業(yè)制取硝酸的反應原理．