Question

【題目】工業(yè)上制取硝酸銨的流程圖如下，請(qǐng)回答下列問題：

（1）合成氨的工業(yè)設(shè)備名稱是 ， 設(shè)備中設(shè)置熱交換器的目的是；此生產(chǎn)過程中，N2與H2合成NH3所用的催化劑是；生產(chǎn)中原料氣必須進(jìn)行脫硫，目的是。
（2）吸收塔中的反應(yīng)為 ， 從生產(chǎn)流程看，吸收塔中需要補(bǔ)充空氣，其原因是。
（3）生產(chǎn)硝酸的過程中常會(huì)產(chǎn)生一些氮的氧化物，可用如下三種方法處理：
方法一：堿吸收法：NO＋NO2＋2NaOH＝2NaNO2＋H2O，2NO2＋Na2CO3＝NaNO2＋NaNO3＋CO2
方法二：氨還原法：8NH3＋6NO2＝7N2＋12H2O(該反應(yīng)放熱，NO也有類似的反應(yīng))
方法三：甲烷吸收法：CH4(g)＋2NO2(g)=CO2(g)＋N2(g)＋2H2O(g) △H=＋867kJ·mol－1(NO也有類似的反應(yīng)）上述三種方法中方法一最大的缺點(diǎn)是；方法三和方法二相比，優(yōu)點(diǎn)是 ， 缺點(diǎn)是。
（4）某化肥廠用NH3制備NH4NO3。已知：由NH3制NO的產(chǎn)率是94%，NO制HNO3的產(chǎn)率是89%，則制HNO3所用的NH3的質(zhì)量占總耗NH3質(zhì)量（不考慮其他損耗）的%（保留三位有效數(shù)值）。

Answer 1

【答案】
（1）合成塔；利用余熱，節(jié)約能源；鐵砂網(wǎng)（或鐵或鐵觸媒）；防止催化劑中毒
（2）2NO＋O2＝2NO2 ， 3NO2＋H2O＝2HNO3＋NO（或4NO＋3O2＋2H2O＝4HNO3）；可使NO循環(huán)利用，提高原料利用率
（3）單獨(dú)的NO不能被吸收；甲烷比氨價(jià)格便宜；耗能高
（4）54.4
【解析】解：（1）在合成氨的設(shè)備（合成塔）中，用到的催化劑是鐵砂網(wǎng)，硫可使催化劑中毒（降低催化劑活性），設(shè)置熱交換器的目的是利用余熱，節(jié)約能源；
所以答案是：合成塔；利用余熱，節(jié)約能源；鐵砂網(wǎng)（或鐵或鐵觸媒）；防止催化劑中毒．
（2）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(huán)利用，全部轉(zhuǎn)化成硝酸；
所以答案是：2NO+O2=2NO2 ， 3NO2+H2O=2HNO3+NO（或4NO+3O2+2H2O=4HNO3）；可使NO循環(huán)利用，提高原料利用率．
（3） 根據(jù)“綠色化學(xué)”要求，從根本上減少或杜絕污染，盡可能使原料和利用率提高來看，符合綠色的要求．題中方法一堿吸收法中，NO與堿不反應(yīng)，因此方法一最大 的缺點(diǎn)就是對(duì)單獨(dú)的NO污染物沒法吸收；方法三與方法二相比較而言，優(yōu)點(diǎn)是原料甲烷比氨的單價(jià)要便宜，方法三更經(jīng)濟(jì)，但是甲烷吸收法的反應(yīng)是吸熱的，而氨 還原法的反應(yīng)是放熱的，因此方法三的缺點(diǎn)是耗能大．
所以答案是：單獨(dú)的NO不能被吸收；甲烷比氨價(jià)格便宜；耗能高．
（4）由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氨氣可制得硝酸1mol×94%×89%=0.8366mol；由HNO3+NH3=NH4NO3可知，該反應(yīng)消耗的氨氣的量為0.8366mol；制HNO3所用的NH3的量為1mol，總耗的氨氣量為1mol+0.8366mol=1.8366mol，則制HNO3所用的NH3的質(zhì)量占總耗NH3質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)為：≈54.4%（保留三位有效數(shù)字）；
所以答案是：54.4．