题目内容
11．工业上制取硝酸的主要流程图如图1所示，尾气处理流程图如图2所示：
请根据上述流程，结合所学知识回答：
（1）工业合成氨的原料是N2和H2，其中N2以空气为原料制取，方法是分离液态空气法．H2可用等物质的量的水和天然气为原料在催化剂作用下高温制取，其化学方程式为CH4+H2O（g）
CO+3H2． 在原料气制备过程中混有的CO对催化剂有毒害作用，欲除去原料气中的CO，可通过反应CO（g）+H2O（g）?CO2（g）+H2（g）来实现．己知1100K时该反应的平衡常数K=0.64，若要使CO的转化率超过80%，则起始物中c（H2O）：c（CO）不低于5.8：1．（2）在合成氨的设备（合成塔）中，使用热交换器的目的是充分利用余热，节约能源．往吸收塔通入过量空气的原因是可使NO循环利用，全部转化成HNO3．
（3）利用石灰乳来除去硝酸工业的尾气（含NO、NO2），既能净化尾气，又能获得应用广泛的Ca（NO2）2，其部分工艺流程如图2所示．已知NO和NO2按1：1通入碱液中生成亚硝酸盐．工艺流程中采用气-液逆流接触吸收（尾气从吸收塔底进入，石灰乳从吸收塔顶喷淋），其目的是使尾气中NO、NO2被充分吸收；滤渣可循环使用，滤渣的主要成分是Ca（OH）2（填化学式）．该工艺需控制NO和NO2物质的量之比接近1：1．若n（NO）：n（NO2）＜1：1，则会导致产品Ca（NO2）2中Ca（NO3）2含量升高．
（4）工业上生产硝酸的过程中产生NOx，也可以用NH3在高温下催化还原法消除NOx对空气的污染．写出NH3与NOx反应的化学方程式4xNH3+6NOx
6xH2O+（2x+3）N2．
分析 （1）合成氨中，氮气和氢气在合成塔中反应生成氨气，氮气、氧气都为分子晶体，氮气式量小于氧气，所以分离空气提取氮气的方法为先液化、后汽化或蒸馏，先汽化的气体为氮气，以此提取氮气，水蒸气和甲烷反应生成一氧化碳和氢气，据此书写方程式；根据平衡常数用三段式法计算；
（2）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；
（3）使尾气中NO、NO2与石灰乳充分接触；滤渣的主要成分是Ca（OH）2；若＜1：1，则二氧化氮过量；
（4）NH3能使NOx转化为N2和水，根据化学方程式的书写知识来回答．
解答 解：（1）工业合成氨的原料是N2和H2，反应原料N2可从空气中分离出来，方法是先将空气液化，然后蒸馏或控制N2的沸点加热蒸发，氮气先汽化，即可得到，水蒸气和甲烷反应生成一氧化碳和氢气，反应为：CH4+H2O（g） CO+3H2，
设CO的起始浓度为xmol，H2O的起始浓度为ymol，则转化的CO的最小值为0.8x，
CO（g）+H2O（g）?CO2（g）+H2（g）
起始 x y 0 0
变化 0.8x 0.8x 0.8x 0.8x
平衡 0.2x y-0.8x 0.8x 0.8x，
根据平衡常数列式：$\frac{（0.8x）^{2}}{0.2x×（y-0.8x）}$=0.64，
解得：$\frac{y}{x}$=5.8：1．故此只要此值大于5.8，转化率就会超过80%．
故答案为：分离液态空气法；CH4+H2O（g） CO+3H2； 5.8：1；
（2）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：充分利用余热，节约能源；可使NO循环利用，全部转化成HNO3；
（3）使尾气中NO、NO2与石灰乳充分接触，NO、NO2被充分吸收；滤渣主要成分是Ca（OH）2，若n（NO）：n（NO2）＜1：1，则二氧化氮过量，二氧化氮可与石灰乳反应生成Ca（NO3）2，
故答案为：使尾气中NO、NO2被充分吸收；Ca（OH）2；产品Ca（NO2）2中Ca（NO3）2含量升高；
（4）NH3能使NOx转化为N2和水，化学方程式为4xNH3+6NOx6xH2O+（2x+3）N2，
故答案为：4xNH3+6NOx6xH2O+（2x+3）N2．
点评 本题考查学生在“工艺流程阅读分析，化学反应原理在工艺流程的应用，氧化还原反应分析，相关反应的书写”等方面对元素化合物性质及其转化关系的理解和应用程度，考查学生对新信息的处理能力，掌握合成氨的原理以及利用三段式法计算平衡问题是解答关键，题目难度中等．
优百分课时互动系列答案
| A． | 贮存液氮的钢瓶防止阳光直射：N2+O2$\frac{\underline{\;阳光\;}}{\;}$2NO | |
| B． | 硝酸铵遇热爆炸：2NH4NO3$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2N2↑+O2↑+4H2O↑ | |
| C． | 干燥的 AlCl3遇水产生气体：AlCl3+3H2O═Al（OH）3+3HCl↑ | |
| D． | 火灾现场存有电石，禁用水灭火：CaC2→Ca（OH）2+C2H2↑ |
| A． | 0.1mol/L稀硫酸100mL中含有硫酸根个数为0.1NA | |
| B． | 200mL 1mol/L Al2（SO4）3溶液中，Al3+和SO42-离子总数为NA | |
| C． | 2.4g金属镁与足量的盐酸反应，转移电子数为2 NA | |
| D． | 标准情况下，22.4LCl2和HCl的混合气体中含分子总数为NA |
| A． | CO2的电子式： | B． | 乙炔的结构式：CH≡CH | ||
| C． | CH4的球棍模型： | D． | Cl-离子的结构示意图： |
用铁片（电极a）、铜片（电极b）和CuSO4溶液可以构成原电池或电解池，如图所示．则下列说法正确的是（ ）| A． | 构成原电池时b极反应为：Cu-2e-═Cu2+ | |
| B． | 构成的原电池或电解池工作后就可能产生大量气体 | |
| C． | 构成电解池时b 极质量既可能减少也可能增加 | |
| D． | 构成电解池时a极质量一定会减少 |