Question

【题目】【化学——选修2：化学与技术】联合生产是实现节能减排的重要措施，工业上合成氨和硝酸的联合生产具有重要意义。下面是工业上合成氨的简易流程：

（1）设备A内部结构如右下图所示，其名称是________ ，其中发生的化学反应方程式为_________；生产中原料气必须进行脱硫，目的是____________。选择500℃进行反应的主要原因是___________；

（2）设备B的名称是冷凝塔，图中a和b是两个通水口，其中入水口是 （填“a”或“b”）。

（3）氮气和氢气的混合气体通过压缩机压缩的原因是________________________________。

（4）生产出来的NH3可以用来生产硝酸。其中在氨气催化氧化过程中，不同温度下生成产物可能有所不同，温度对氨氧化产物产率的影响如下图所示；当温度大于900℃时，NO的产率下降的主要原因是__________________。

（5）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NH3的质量占总耗NH3质量（不考虑其它损耗）的 %（保留两位有效数字）。

Answer 1

【答案】（1） (氨）合成塔N2+3H22NH3 防止催化剂中毒

此温度下催化剂效率最高 （2）b （3）增大压强，加快反应速率，使平衡向生成NH3的方向进行（4）部分NO转变成N2 （5） 54

【解析】

试题分析：（1）合成氨的工业设备是合成塔，其中发生的化学反应方程式为N2+3H22NH3；生产中原料气必须进行脱硫，目的是防止催化剂中毒；N2与H2合成NH3所用的催化剂是铁砂网，温度过低，反应速率较慢，温度较高，不利合成氨气，选择500℃的主原因是在这个温度下催化剂活性最大；

（2）B为冷凝器或冷却塔，冷却时逆向冷却效果好，则入水口应考虑下进上出，即答案为b；

（3）合成氨反应是放热的体积减小的可逆反应，增大压强，加快反应速率，平衡向气体体积减小的方向移动，即平衡朝生成NH3的方向进行；

（4）各反应为放热反应，高温下不利于向正反应进行，根据图像可知，温度高于900℃时，NO的产率降低，氮气的产率增大，故温度高于900℃时应是部分NO转化为N2；

（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×100%＝54%；即制HNO3所用去的NH3的质量占总耗NH3质量的54%。