Question

19．氨气、尿素[CO（NH₂）₂]、Na₂CO₃均是重要的化工原料和产品，如图是某化工厂联合生成氨气、尿素[CO（NH₂）₂]、纯碱的部分工艺流程图．

（1）原料气进入压缩机前需要进行净化处理，其目的是防止催化剂中毒影响催化活性．制备氨合成塔的材料不能（填“能”或“不能”）使用普通的碳素钢．
（2）N₂、H₂混合气体经压缩后再送入氨合成塔，优点是提高反应速率和转化率． 某整个生产中循环使用某些原料可提高生产效益，能循环利用的物质是N₂、CO₂、H₂．
（3）请按要求填写下列空白．
①沉淀池中的离子方程式：Na⁺+H₂O+NH₃+CO₂=NaHCO₃↓+NH₄⁺．
②生产尿素的化学方程式：2NH₃+CO₂$\frac{\underline{\;加热加压\;}}{\;}$[CO（NH₂）₂]+H₂O．
（4）在较低温度下，可从沉淀池的溶液中分离出一种副产品由此可推断，低温下NH₄C1的溶解度很可能小于（填“小于”或“大于”）NaCL．NH₄C1是一种氮肥，但长期施用易使土壤酸化，用离子方程式表示其原因NH₄⁺+H₂O?H⁺+NH₃•H₂O．
（5）以焦炭、水为原料制备H₂ （碳转化为CO₂，则1000g纯度为a%（（杂质不与水反应）焦炭最多可制备$\frac{0.01abc}{3}$g尿素（已知合成氨时h₂的利用率为b%、合成尿素时NH₃的利用率为c%）

Answer 1

分析 原料气中的一些物质能使催化剂中毒，故要通过净化除去，氨合成塔中的反应是在高压下进行的，混合气体经压缩后，可以增大反应物的浓度，并且压有利于提高原料的转化率，沉淀池中发生反应的离子方程式：Na⁺+H₂O+NH₃+CO₂=NaHCO₃↓+NH₄⁺，析出的固体是溶解度较小的碳酸氢钠，在沉淀池中还有氯化钠和氯化铵，氨气和二氧化碳在加热加压条件下可以得到尿素，
（1）原料气中的一些物质能使催化剂中毒，制备合成塔的材料需要承受较高的压力；
（2）增大反应物的浓度，可以提高反应的速率，高压有利于提高原料的转化率，循环使用某些原料可提高生产效益；
（3）①沉淀池中析出的固体是溶解度较小的碳酸氢钠；
②氨气和二氧化碳在加热加压条件下可以得到尿素；
（4）在沉淀池中还有氯化钠和氯化铵，低温下氯化铵可以结晶析出，但是氯化钠不能，铵根离子水解显示酸性；
（5）根据相关反应结合元素守恒，得到关系式为：C-2H2-$\frac{4}{3}$NH₃-$\frac{2}{3}$[CO（NH₂）₂]，据此计算即可．

解答 解：（1）原料气中的一些物质能使催化剂中毒，故要通过净化除去，氨合成塔中的反应是在高压下进行的，制备合成塔的材料需要承受较高的压力，所以普通的碳素钢不能制成该合成塔，故答案为：防止催化剂中毒影响催化活性；不能；
（2）混合气体经压缩后，可以增大反应物的浓度，提高反应的速率，由于合成氨的反应是气体分子数减少的反应，所以高压有利于提高原料的转化率，循环使用某些原料可提高生产效益，能循环利用的物质是N₂、CO₂、H₂；故答案为：提高反应速率和转化率；N₂、CO₂、H₂；
（3）①沉淀池中析出的固体是溶解度较小的碳酸氢钠，发生反应的离子方程式：Na⁺+H₂O+NH₃+CO₂=NaHCO₃↓+NH₄⁺；故答案为：Na⁺+H₂O+NH₃+CO₂=NaHCO₃↓+NH₄⁺；
②氨气和二氧化碳在加热加压条件下可以得到尿素，生产尿素的化学方程式为：2NH₃+CO₂$\frac{\underline{\;加热加压\;}}{\;}$[CO（NH₂）₂]+H₂O，故答案为：2NH₃+CO₂$\frac{\underline{\;加热加压\;}}{\;}$[CO（NH₂）₂]+H₂O；
（4）在沉淀池中还有氯化钠和氯化铵，低温下氯化铵可以结晶析出，但是氯化钠不能，所以低温下氯化铵的溶解度很可能小于氯化钠，NH₄C1是一种氮肥，但铵根离子水解显示酸性，所以长期施用易使土壤酸化，离子方程式表示为：NH₄⁺+H₂O?H⁺+NH₃•H₂O；故答案为：小于；NH₄⁺+H₂O?H⁺+NH₃•H₂O；
（5）根据相关反应结合元素守恒，得到关系式为：C-2H2-$\frac{4}{3}$NH₃-$\frac{2}{3}$[CO（NH₂）₂]，得到n（C）=$\frac{1000×a%}{12}$，所以尿素的物质的量是）=$\frac{2}{3}$×$\frac{1000×a%}{12}$
×b%×c%，所以质量为：$\frac{2}{3}$×$\frac{1000×a%}{12}$×b%×c%×60g=$\frac{0.01abc}{3}$g，故答案为：$\frac{0.01abc}{3}$．

点评 本题考查了纯碱的工业制法，题目难度较大，试题知识点较多、综合性较强，充分考查了学生的分析、理解能力及灵活应用基础知识的能力，明确合成原理为解答关键．