Question

1．合成氨工业、硝酸工业、硫酸工业是化学工业的重要组成部分．请回答下列问题：
（1）如图是工业制硫酸的流程示意图：
①设备A的名称为沸腾炉．
②试剂X为98.3%的硫酸．
③B设备中热交换器的作用是充分利用能量、提高SO2的转化率．
（2）工业制硝酸时，酸吸收塔中的水吸收NO₂是放热反应，为使NO₂更好被吸收，可采取措施是低温、加压；工业上用Na₂CO₃溶液吸收NO₂的化学方程式为2NO₂+Na₂CO₃═NaNO₂+NaNO₃+CO₂．
（3）工业合成氨的化学方程式为N₂+3H₂$?_{催化剂}^{高温高压}$2NH₃，选择天然气做为合成氨原料气的优点是原料价格低、能耗低．

Answer 1

分析 （1）工业上利用黄铁矿在沸腾炉内燃烧生成SO₂，再将SO₂在接触室内催化氧化生成SO₃，此过程因放热，通过热交换器转移能量给反应物预热，同时给反应降温，促进反应正向移动，提高SO₂的转化率，在吸收塔利用浓硫酸吸收SO₃可提高吸收效率；
①设备A中煅烧黄铁矿，设备名称是沸腾炉；
②因SO₃溶解于水放热形成酸雾，吸收效率低，改用浓硫酸吸收；
③B设备中热交换器是将反应中放出的热量转移出来给反应物预热，同时促进平衡正向移动；
（2）工业制硝酸，酸吸收塔中的水吸收NO₂是放热反应，可通过降温和增大压强，促进NO₂的溶解，产生的尾气NO₂用碳酸钠吸收，可结合3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO及NO+NO₂+H₂O=2HNO₂考虑，写出此反应的化学方程式；
（3）合成氨是利用氮气和氢气高温催化生成的，此反应是可逆反应，工业上常选择天然气作为合成氨原料气，是因为天然气资源丰富，成本低的原因．

解答 解：（1）①沸腾炉中煅烧黄铁矿，设备A是沸腾炉，故答案为：沸腾炉；
②吸收塔内利用98.3%的浓硫酸吸收SO3形成发烟硫酸，可提高SO₃的吸收效率，故答案为：98.3%的硫酸；
③设备B中利用热交换器可转移能量给反应物预热，充分利用能量，同时促进平衡正向移动，提高SO₂的转化率，故答案为：充分利用能量、提高SO2的转化率；
（2）因NO2溶解于水放热，为促进气体的溶解，可采取降温和增大压强的方式，用Na2CO3吸收NO2的尾气发生反应的化学方程式为2NO₂+Na₂CO₃═NaNO₂+NaNO₃+CO₂，故答案为：降温、加压；2NO₂+Na₂CO₃═NaNO₂+NaNO₃+CO₂；
（3）合成氨发生反应的化学方程式为N₂+3H₂$?_{催化剂}^{高温高压}$2NH₃，因天然气成本低、能源低工业上通常用天然气作为合成氨的原料气，故答案为：N₂+3H₂$?_{催化剂}^{高温高压}$2NH₃；原料价格低、能耗低．

点评 本题是工业制硫酸、硝酸及合成氨流程中部分操作原理的分析，属基础性考查，难度较低，理解掌握这三个工业制备原理是解题关键，这就要求学生要重视基础知识的学习，培养自己分析问题解决问题的能力．