Question

13．聯(lián)合生產(chǎn)是實現(xiàn)節(jié)能減排的重要措施，工業(yè)上合成氨和硝酸的聯(lián)合生產(chǎn)具有重要意義．圖1是工業(yè)上合成氨的簡易流程：

（1）設備A內(nèi)部結構如圖2所示，其名稱是合成塔，其中發(fā)生的化學反應方程式為N₂ +3H₂ $?_{催化劑}^{高溫、高壓}$2NH₃ ；生產(chǎn)中原料氣必須進行脫硫，目的是防止催化劑中毒，選擇500℃進行反應的主要原因是此溫度下催化劑效率最高；
（2）設備B的名稱是冷凝塔，圖1中a和b是兩個通水口，其中入水口是b（填“a”或“b”）．
（3）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，使平衡向生成NH₃的方向進行．
（4）生產(chǎn)出來的NH₃可以用來生產(chǎn)硝酸．其中在氨氣催化氧化過程中，不同溫度下生成產(chǎn)物可能有所不同，溫度對氨氧化產(chǎn)物產(chǎn)率的影響如圖3所示；當溫度大于900℃時，NO的產(chǎn)率下降的主要原因是部分NO轉(zhuǎn)變成N₂．

（5）某化肥廠用NH₃制備NH₄N0₃．已知：由NH₃制NO的產(chǎn)率是94%，NO制HNO₃的產(chǎn)率是89%，則制HN0₃所用NH₃的質(zhì)量占總耗NH₃質(zhì)量（不考慮其它損耗）的54%（保留兩位有效數(shù)字）．

Answer 1

分析 （1）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；合成氨的反應屬于放熱反應，根據(jù)化學反應速率和平衡移動知識來分析選擇500℃的原因；生產(chǎn)中原料氣必須進行脫硫，防止催化劑中毒；
（2）B為冷凝塔，a和b是兩個通水口，其中入水口應考慮下進上出；
（3）根據(jù)增大壓強對平衡移動的影響知識來回答；
（4）由圖象可知，溫度高于900℃時，NO的產(chǎn)率降低，氮氣的產(chǎn)率增大，各反應為放熱反應，高溫下不利于向正反應進行，應是NO轉(zhuǎn)變?yōu)镹₂所致；
（5）根據(jù)氮原子守恒可知，NH₃～NO～HNO₃，以此計算．

解答 解：（1）合成氨的工業(yè)設備是合成塔；N₂與H₂合成NH₃所用的催化劑是鐵砂網(wǎng)，溫度過低，反應速率較慢，溫度較高，不利合成氨氣，選擇500℃的主原因是在這個溫度下催化劑活性最大；生產(chǎn)中原料氣必須進行脫硫可以防止催化劑中毒，
故答案為：合成塔；N₂ +3H₂ $?_{催化劑}^{高溫、高壓}$ 2NH₃ ；此溫度下催化劑效率最高，防止催化劑中毒；
（2）B為冷凝塔，合成氨的反應屬于放熱反應，用熱交換器可以充分利用余熱，節(jié)約能源，a和b是兩個通水口，其中入水口應考慮下進上出，
故答案為：b；
（3）增大壓強，加快反應速率，平衡向氣體體積減小的方向移動，即平衡朝生成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；
（4）各反應為放熱反應，高溫下不利于向正反應進行，由圖象可知，溫度高于900℃時，NO的產(chǎn)率降低，氮氣的產(chǎn)率增大，故溫度高于900℃時應是部分NO轉(zhuǎn)化為N₂，
故答案為：部分NO轉(zhuǎn)化為N₂；
（5）NH₃制NO的產(chǎn)率是94%、NO制HNO₃的產(chǎn)率是89%，根據(jù)氮原子守恒可知，NH₃～NO～HNO₃，則1mol氨氣可得到硝酸1mol×94%×89%=0.8366mol，由HNO₃+NH₃═NH₄NO₃，則消耗的氨氣的物質(zhì)的量為0.8366mol，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)量的百分數(shù)為 $\frac{1mol}{1mol+0.8366mol}$×100%=54%；即制HNO₃所用去的NH₃的質(zhì)量占總耗NH₃質(zhì)量的54%，
故答案為：54．

點評 本題考查了工業(yè)制備原理應用，流程分析，實驗制備物質(zhì)的分析判斷，利用物質(zhì)的轉(zhuǎn)化及質(zhì)量守恒的方法來進行簡單計算，使用硝酸銨的注意事項，明確轉(zhuǎn)化中的化學反應得出物質(zhì)之間的關系是解答的關鍵，題目難度中等．