题目内容
19．硝酸铵可用作化肥、军用炸药、杀虫剂、冷冻剂等，工业制取硝酸铵的工艺流程如图1
（1）合成氨气的工业设备名称合成塔，设备中设置热交换器的目的是充分利用热能，合成氨的原料气必须先脱硫，目的是防止催化剂中毒；
（2）吸收塔中反应的化学方程式为4NO+3O2+2H2O=4HNO3，从生产流程看，吸收塔中需要补充空气，其原因是可使NO循环利用，提高原料利用率；
（3）生产硝酸的过程中常会产生氮的氧化物，可用如下三种方法处理：
方法一：碱性溶液吸收法
NO+NO2+2NaOH═2NaNO2+H2O；2NO2+Na2CO3═NaNO2+NaNO3+CO2
方法二：NH3还原法
8NH3（g）+6NO2（g）═7N2（g）+12H2O（g）△H=-2635kJ/mol（NO也有类似的反应）
方法三：甲烷吸收法
CH4（g）+2NO2═CO2（g）+N2+2H2O（g）△H=+867kJ/mol（NO也有类似的反应）
上述三种方法中，方法一的主要缺点是单独的NO不能被吸收；
方法三和方法二相比，方法三的缺点是耗能高；
（4）工业上也可以通过电解NO制备NH4NO3，其工作原理如图2示．
①图中通入NH3的目的是使电解产物全部转化为NH4NO3；
②若维持电流强度为3A，电解2小时，理论上可制得NH4NO3的最大质量为6.0g；（已知F=96500C•mol-1）（保留2位有效数字）．
（5）某化肥厂用NH3制备NH4NO3．己知：NH3制NO的产率是94%，NO制HNO3的产率是89%，则制HNO3所用NH3的质量占总耗NH3质量（不考虑其他损耗）的百分比为54.4%．
分析 氮气和氢气在催化剂、高温高压条件下发生化合反应生成氨气，氨气在催化剂、加热条件下反应生成NO，NO、空气在吸收塔中反应生成硝酸，硝酸和氨气反应生成硝酸铵；
（1）合成氨气的工业设备名称合成塔，设备中设置热交换器的目的是充分利用热能；催化剂具有选择性；
（2）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；
（3）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，缺点是方法三的耗能较高；
（4）①工业上电解NO制备 NH4NO3，由装置图可知阳极发生氧化反应，NO被氧化生成NO3-，阴极发生还原反应，NO被还原生成NH4+，阳极反应为NO-3e-+2H2O=NO3-+4H+，阴极反应为：NO+5e-+6H+=NH4++H2O；
②根据转移的电子守恒计算；
（5）根据氮原子守恒可知NH3～NO～HNO3，以此计算．
解答 解：氮气和氢气在催化剂、高温高压条件下发生化合反应生成氨气，氨气在催化剂、加热条件下反应生成NO，NO、空气在吸收塔中反应生成硝酸，硝酸和氨气反应生成硝酸铵；
（1）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，生产中原料气必须进行脱硫可以防止催化剂中毒；
故答案为：合成塔； 充分利用热能；防止催化剂中毒；
（2）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；
故答案为：4NO+3O2+2H2O=4HNO3；可使NO循环利用，提高原料利用率；
（3）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+867kJ•mol-1，耗能较高；
故答案为：单独的NO不能被吸收；耗能高；
（4）①电解NO制备NH4NO3，阳极反应为NO-3e-+2H2O=NO3-+4H+，阴极反应为：NO+5e-+6H+=NH4++H2O，从两极反应可看出，要使得失电子守恒，阳极产生的NO3-的物质的量大于阴极产生的NH4+的物质的量，总反应方程式为：8NO+7H2O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$3NH4NO3+2HNO3，因此补充NH3，使电解产物全部转化为NH4NO3，
故答案为：使电解产物全部转化为NH4NO3；
②维持电流强度为3A，电解2小时，时间为7200S，F=96500C•mol-1，Q=It=3.0C/s×7200S，则理论上可制得NH4NO3的最大质量为$\frac{3.0C/s×7200s}{\frac{96500C/mol}{3}}$×80g/mol=6.0g
故答案为：6.0；
（5）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 $\frac{1mol}{1mol+0.8366mol}$×100%=54.4%；即制HNO3所用去的NH3的质量占总耗NH3质量的54.4%，
故答案为：54.4%．
点评 本题考查制备实验方案设计，为高频考点，明确流程图中发生的反应、各个物理量之间的关系式是解本题关键，侧重考查学生分析计算能力，难点是有关计算，题目难度中等．
新课标同步训练系列答案
一线名师口算应用题天天练一本全系列答案| A． | HCO3- 在水溶液中只电离，不水解 | B． | 硝酸钠溶液水解后呈中性 | ||
| C． | 可溶性的铝盐都能发生水解反应 | D． | 可溶性的钠盐都不发生水解反应 |
碳碳双键
3-甲基-2-乙基-1-戊烯④
2-甲基戊烷
+3HNO3$→_{△}^{浓硫酸}$
+3H2O．| A． | 5种 | B． | 6种 | C． | 7种 | D． | 8种 |
| A． | 已知2H2（g）+O2（g）═2H2O（g）△H=-483.6kJ•mol-1说明2molH2（g）和1molO2（g）的能量总和小于2molH2O（g）的能量 | |
| B． | 已知C（石墨，s）=C（金刚石，s）；△H＞0，则金刚石比石墨稳定 | |
| C． | 已知NaOH（aq）+HCl（aq）═NaCl（aq）+H2O（l）△H=-57.4kJ•mol-1，则含20gNaOH的稀溶液与稀盐酸完全中和，放出28.7kJ的热量 | |
| D． | 已知2C（s）+2O2（g）═2CO2（g）△H1； 2C（s）+O2（g）=2CO（g）△H2；则△H1＞△H2 |
2-甲基戊烷 
| A． | v（NH3）=0.2mol（L•s） | B． | v（O2）=1.4mol（L•min） | C． | v（H2O）=0.2mol（L•s） | D． | v（NO）=9mol（L•min） |