Question

【题目】2007年度诺贝尔化学奖授予致力于研究氨的合成与催化剂表面积大小关系的德国科学家格哈德埃特尔，以表彰他在“固体表面化学过程”研究中作出的贡献．他研究的氢气与氮气在固体催化剂表面合成氨的反应过程示意图如下：

（1）图⑤表示生成的NH3离开催化剂表面．则图②和图③的含义分别是、 ．
（2）工业上制取硝酸铵的模拟流程图如下：

请回答下列问题：
（I）此生产过程中，N2与H2合成NH3工业设备名称是；设备中，设置热交换器的目的是；合成氨过程中所用的催化剂是 ． 生产中原料气必须进行脱硫处理的目的是 ．
（II）在合成硝酸的吸收塔中发生反应的化学方程式是；通入空气的目的是 ．
（III）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：碱液吸收法：NO+NO2+2NaOH═2NaNO2+H2O；
2NO2+2Na2CO3═NaNO2+NaNO3+CO2
方法二：NH3还原法：8NH3+6NO2 7N2+12H2O（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=+867kJmol﹣1
（NO也有类似的反应）
上述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 ．
（IV）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所用去的NH3的质量占总耗NH3质量（不考虑其它损耗）的%．（保留三位有效数字）

Answer 1

【答案】
（1）N2、H2被吸附在催化剂表面；在催化剂表面N2、H2中的化学键断裂
（2）合成塔；利用余热节约能源；铁砂网（或铁）；防止催化剂中毒；4NO+3O2+2H2O=4HNO3；使NO循环利用，全部转化为硝酸；单独的NO不能被吸收；甲烷比氨价格便宜；耗能高；54.4
【解析】解：（1）图②中两种双原子分子被吸附在催化剂表面，即N2、H2被吸附在催化剂表面；③中分子中的化学键断裂生成原子，即在催化剂表面N2、H2中的化学键断裂生成N原子和H原子，所以答案是：N2、H2被吸附在催化剂表面；在催化剂表面N2、H2中的化学键断裂；
·（2）（I）合成氨的工业设备是合成塔；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；N2与H2合成NH3所用的催化剂是铁砂网；生产中原料气必须进行脱硫的目的是防止催化剂中毒，
所以答案是：合成塔；利用余热，节约能源；铁砂网；防止催化剂中毒；（II）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，反应的化学方程式为：4NO+3O2+2H2O=4HNO3 ，
所以答案是：4NO+3O2+2H2O=4HNO3；使NO循环利用，全部转化为硝酸；（III）方法一最大的缺点是单独的NO不能被吸收，只能与NO2一起被碱液吸收；方法三和方法二相比，优点是甲烷比氨价格便宜，节约成本；缺点是方法三的反应热为+867kJmol﹣1 ， 耗能较高，
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；（IV）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氨气可得到硝酸1mol×94%×89%=0.8366mol，由HNO3+NH3═NH4NO3 ， 则该反应消耗的氨气的物质的量为0.8366mol，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： ×100%=54.4%，即制HNO3所用去的NH3的质量占总耗NH3质量的54.4%，
所以答案是：54.4．