题目内容

7．工业上制取硝酸铵的流程图如图，请回答下列问题．

（1）合成氨的工业设备名称是合成塔，设备中设置热交换器的目的是利用余热，节约能源；此生产过程中，N2与H2合成NH3所用的催化剂是铁砂网；生产中原料气必须进行脱硫，目的是防止催化剂中毒．
（2）吸收塔中反应为4NO+3O2+2H2O=4HNO3，从生产流程看，吸收塔中需要补充空气，其原因是使NO循环利用，全部转化为硝酸．
（3）生产硝酸的过程中常会发生一些氮的氧化物，可用如下三种方法处理：
方法一：碱吸收法：NO+NO2+2NaOH=2NaNO2+NaNO3+CO2
方法二：氨还原法：8NH3+6NO2$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$7N2+12H2O（该反应放热，NO也有类似的反应）
方法三：甲烷吸收法：CH4（g）+2NO2（g）═CO2（g）+N2（g）+2H2O（g）△H=+867kJ/mol（NO也有类似反应）
上述三种方法中，方法一最大的缺点是单独的NO不能被吸收；方法二和方法三相比，优点是甲烷比氨价格便宜，缺点是耗能高．
（4）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的质量占总消耗NH3质量（不考虑其它损耗）的54.4%（保留三位有效数字）．

分析 （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；N2与H2合成NH3所用的催化剂是铁砂网；生产中应防止催化剂中毒；
（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；
（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）根据氮原子守恒可知，NH3～NO～HNO3，以此计算．

解答 解：（1）合成氨的工业设备是合成塔，热交换器的目的合成氨放热反应，可以利用热量对氨的催化氧化中进行加热，节约能源，因此热交换器作用是：利用余热，节约能源；根据流程图：将氮气和氢气通过铁砂网，产生氨气，因此合成氨的催化剂是铁砂网或铁触媒，在生产过程中，应对气体的杂质进行处理，因为这些杂质可能造成催化剂中毒，
故答案为：合成塔；利用余热，节约能源；铁砂网；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；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，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；甲烷比氨价格便宜；耗能高；
（4）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：$\frac{1mol}{1mol+0.8366}$×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 本题考查了工业制备原理应用，题目难度中等，流程分析，实验制备物质的分析判断，利用物质的转化及质量守恒的方法来进行简单计算，使用硝酸铵的注意事项，明确转化中的化学反应得出物质之间的关系是解答的关键．

练习册系列答案
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18．分枝酸可用于生化研究．其结构简式如图．下列关于分枝酸的叙述不正确的是（　　）
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15．下列有关实验设计、观察或记录、结论或解释都正确的是（　　）
选项实验设计观察或记录结论或解释
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I．80%左右的非金属元素在现代技术包括能源、功能材料等领域占有极为重要的地位．
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II．金属元素在现代工业中也占据极其重要的地位，如以古希腊神话中“泰坦”（Titan）的名字命名的钛（Titanium）元素，意指“地球的儿子”，象征此物力大无穷．钛也被称为“未来的钢铁”，具有质轻，抗腐蚀，硬度大，是宇航、航海、化工设备等的理想材料，是一种重要的战略资源，越来越受到各国的重视．
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19．将一定量的SO2通入FeCl3溶液中，取混合溶液，分别进行下列实验，能证明SO2与FeCl3溶液发生氧化还原反应的是（　　）
操作现象
A加入NaOH溶液有红褐色沉淀
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A．AB．BC．CD．D
16．下列有关醇的叙述正确的是（　　）
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C．凡烃基直接和羟基相连的化合物一定是醇
D．乙醇和浓硫酸按1：3体积比混合、共热就一定产生乙烯．
19．芳香族化合物X在一定条件下发生的系列反应如下：
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资料：
请回答下列问题：
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（2）I的结构简式为．
（3）E不具有的化学性质bd（选填序号） 
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（4）写出下列反应的化学方程式：
①F→H：$→_{△}^{浓硫酸}$+H2O；
②X与足量稀NaOH溶液共热：+4NaOH$→_{△}^{水}$CH3CH2COONa++2H2O+2NaCl；
（5）同时符合下列条件的E的同分异构体共有6种，其中一种的结构简式为．
 ①能发生银镜反应      ②与足量NaOH溶液反应可消耗2mol NaOH     ③含有苯环．

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