Question

13．硝酸铵是一种重要的工业产品，某工厂制备硝酸铵的流程图如下．请回答下列问题：

（1）在上述工业制硝酸的生产中，B设 备的名称是氧化炉（或氧化器），其中发生反应的化学方程式为4NH₃+5O₂$\frac{\underline{\;Rt、Rh\;}}{△}$4NO+6H₂O．
（2）1909年化学家哈伯在实验室首次合成了氨，2007年诺贝尔化学奖获得者格哈德•埃持尔在哈伯研究基础上证实了氨气与氮气在固体催化剂表面合成氨的反应过程，示意图如图2：

已知图⑤表示生成的NH₃离开催化剂表面，图②和图③的含义分别是N₂、H₂被吸附在催化剂表面；在催化剂表面，N₂、H₂中化学键断裂．
（3）在合成氨的设备（合成塔）中，设置热交换器的目的是利用余热，节约能源；在合成硝酸的吸收塔中通入空气的目的是可使NO循环利用，全部转化成HNO₃．
（4）若用NH₃制取NO的转化率为96%，NO转化则制取HNO₃的氨占全部氨的物质的量分数为51%．

Answer 1

分析 （1）B装置中氨气与氧气在催化剂存在条件下加热反应生成NO和水，据此判断装置名称并写出反应的化学方程式；
（2）按照气体分子向催化剂表面靠近、被吸附、分子分解成原子、氮原子和氢原子结合生成氨气、氨气分子离开催化剂的顺序解答；
（3）合成氨的反应属于放热反应，热交换器可以充分利用余热，节约能源；在吸收塔中二氧化氮与水反应生成硝酸和NO，NO能被氧气氧化为二氧化氮；
（4）根据NH₃制NO的产率是96%，利用氮原子守恒来计算硝酸的量，再由HNO₃跟NH₃反应生成NH₄NO₃来计算氨气的量，最后计算制HNO₃所用去的NH₃的质量占总耗NH₃质量的百分数．

解答 解：（1）B中氨气被催化氧化生成一氧化氮，反应的化学方程式为：4NH₃+5O₂$\frac{\underline{\;Rt、Rh\;}}{△}$4NO+6H₂O，该装置名称为氧化炉（或氧化器），
故答案为：氧化炉（或氧化器）；4NH₃+5O₂$\frac{\underline{\;Rt、Rh\;}}{△}$4NO+6H₂O；
（2）氮气、氢气在催化剂表面合成氨反应过程的顺序为：图①氮气分子和氢气分子向催化剂表面靠近，图②氮气和氢气吸附在催化剂的表面，图③在催化剂的作用下分解成氢原子和氮原子，图④表示氮原子与氢原子重新结合成氨分子，图⑤生成的氨气离开催化剂表面，
故答案为：N₂、H₂被吸附在催化剂表面；在催化剂表面，N₂、H₂中化学键断裂；
（3）合成氨的反应属于放热反应，反应过程中会放出大量的热，用热交换器可以充分利用余热，节约能源；在吸收塔中二氧化氮与水反应生成硝酸和NO，通入空气，NO能被空气中的氧气氧化为二氧化氮，二氧化氮再与水反应生成硝酸，这样使NO循环利用，全部转化为硝酸；
故答案为：利用余热，节约能源；可使NO循环利用，全部转化成HNO₃；
（4）由NH₃制NO的产率是96%，根据氮原子守恒可知，NH₃～NO～HNO₃，则1mol氨气可得到硝酸1mol×96%=0.96mol，由HNO₃+NH₃═NH₄NO₃，则该反应消耗的氨气的物质的量为0.96mol，氨气的质量之比等于物质的量之比，则制HNO₃所用去的NH₃的质量占总耗NH₃质量的百分数为：$\frac{1mol}{1mol+0.96mol}$×100%=51%；即制HNO₃所用去的NH₃的质量占总耗NH₃质量的51%，
故答案为：51%．

点评 本题以硝酸的工业制备为背景，综合考查对化学反应中化学键变化、转化率计算等考点以及对图形的观察能力、推理能力，题目难度中等，注意掌握工业制取硝酸的反应原理．