Question

【题目】工业上制取硝酸铵的流程图如下，请回答下列问题：

（1）合成氨的工业设备名称是 ， 设备中设置热交换器的目的是；此生产过程中，N2与H2合成NH3所用的催化剂是；生产中原料气必须进行脱硫，目的是。
（2）吸收塔中的反应为 ， 从生产流程看，吸收塔中需要补充空气，其原因是。
（3）生产硝酸的过程中常会产生一些氮的氧化物，可用如下三种方法处理：
方法一：碱吸收法：NO＋NO2＋2NaOH＝2NaNO2＋H2O，2NO2＋Na2CO3＝NaNO2＋NaNO3＋CO2
方法二：氨还原法：8NH3＋6NO2＝7N2＋12H2O(该反应放热，NO也有类似的反应)
方法三：甲烷吸收法：CH4(g)＋2NO2(g)=CO2(g)＋N2(g)＋2H2O(g) △H=＋867kJ·mol－1(NO也有类似的反应）上述三种方法中方法一最大的缺点是；方法三和方法二相比，优点是 ， 缺点是。
（4）某化肥厂用NH3制备NH4NO3。已知：由NH3制NO的产率是94%，NO制HNO3的产率是89%，则制HNO3所用的NH3的质量占总耗NH3质量（不考虑其他损耗）的%（保留三位有效数值）。

Answer 1

【答案】
（1）合成塔；利用余热，节约能源；铁砂网（或铁或铁触媒）；防止催化剂中毒
（2）2NO＋O2＝2NO2 ， 3NO2＋H2O＝2HNO3＋NO（或4NO＋3O2＋2H2O＝4HNO3）；可使NO循环利用，提高原料利用率
（3）单独的NO不能被吸收；甲烷比氨价格便宜；耗能高
（4）54.4
【解析】解：（1）在合成氨的设备（合成塔）中，用到的催化剂是铁砂网，硫可使催化剂中毒（降低催化剂活性），设置热交换器的目的是利用余热，节约能源；
所以答案是：合成塔；利用余热，节约能源；铁砂网（或铁或铁触媒）；防止催化剂中毒．
（2）在合成硝酸的吸收塔中不断通入空气，目的是提供充足的氧气，以便使NO循环利用，全部转化成硝酸；
所以答案是：2NO+O2=2NO2 ， 3NO2+H2O=2HNO3+NO（或4NO+3O2+2H2O=4HNO3）；可使NO循环利用，提高原料利用率．
（3） 根据“绿色化学”要求，从根本上减少或杜绝污染，尽可能使原料和利用率提高来看，符合绿色的要求．题中方法一碱吸收法中，NO与碱不反应，因此方法一最大 的缺点就是对单独的NO污染物没法吸收；方法三与方法二相比较而言，优点是原料甲烷比氨的单价要便宜，方法三更经济，但是甲烷吸收法的反应是吸热的，而氨 还原法的反应是放热的，因此方法三的缺点是耗能大．
所以答案是：单独的NO不能被吸收；甲烷比氨价格便宜；耗能高．
（4）由NH3制NO的产率是94%，NO制HNO3的产率是89%，根据氮原子守恒可知，NH3～NO～HNO3 ， 则1mol氨气可制得硝酸1mol×94%×89%=0.8366mol；由HNO3+NH3=NH4NO3可知，该反应消耗的氨气的量为0.8366mol；制HNO3所用的NH3的量为1mol，总耗的氨气量为1mol+0.8366mol=1.8366mol，则制HNO3所用的NH3的质量占总耗NH3质量的百分数为：≈54.4%（保留三位有效数字）；
所以答案是：54.4．