Question

14．NH₃和HNO₃是重要的工業產品，如圖是合成氨和氨氧化制硝酸的工藝流程．

（1）合成塔中發生反應的化學方程式是3H₂+N₂2NH₃．
（2）氨分離器中壓強約為15MPa，溫度約為-20℃，分離氨應用了氨易揮發的性質，從氨分離器中又回到合成塔中的物質是N₂、H₂．
（3）氧化爐中反生反應的化學方程式是4NH₃+5O₂$\frac{\underline{催化劑}}{△}$4NO+6H₂O．
（4）尾氣中的少量NO、NO₂可以用NH₃來處理，在催化劑作用下生成無污染的氣體，寫出NO₂和NH₃反應的化學方程式8NH₃+6NO₂$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$7N₂+12H₂O．當有5.6LNO₂被還原時，轉移電子的物質的量為1mol．
（5）氧化爐中出來的氣體，先降溫再進入吸收塔，吸收塔中通入空氣的作用是使NO₂和NO全部轉化為HNO₃．若進入吸收塔的氣體的體積分數為NO₂10.0%，NO 1.32%，其余為N₂、水蒸氣等．當進入氧化爐中氣體為10m³時，最少需要空氣的體積為1.66m³．

Answer 1

分析 （1）合成塔中氮氣和氫氣反應生成氨氣，該反應為可逆反應；
（2）根據題干中的生產流程圖知，原料氣氮氣和氫氣，經過氨的合成、氨的分離，循環利用的為氮氣和氫氣的混合氣；
（3）氧化爐中氨的催化氧化，產物是一氧化氮和水，據此來書寫反應方程式；
（4）NO₂和NH₃反應：8NH₃+6NO₂$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$7N₂+12H₂O中，NH₃中N元素的化合價由-3升高為0價，NO₂中N元素的化合價由+5價降低為0價，轉移電子數為24e^-，以此來解答．
（5）吸收塔中通入空氣的作用是使NO₂和NO全部轉化為HNO₃，根據4NO+3O₂+2H₂O=4HNO₃；4NO₂+O₂+2H₂O=4HNO₃、以及空氣中氧氣的體積體積分數為21%進行計算．

解答 解：（1）合成塔中氮氣和氫氣反應：3H₂+N₂2NH₃，故答案為：3H₂+N₂2NH₃；
（2）合成氨反應是一個可逆反應，氨氣極易揮發，氨分離器中壓強約為15MPa，溫度約為-20℃，分離氨應用了氨的易揮發性質，根據題干中的生產流程圖知，經過氨的合成、氨的分離，分離出的是氨氣，循環利用的為氮氣和氫氣的混合氣，
故答案為：易揮發；N₂、H₂；
（3）氧化爐中發生的反應是氨的催化氧化反應，原理方程式為：4NH₃+5O₂$\frac{\underline{催化劑}}{△}$4NO+6H₂O，故答案為：4NH₃+5O₂$\frac{\underline{催化劑}}{△}$4NO+6H₂O；
（4）NO₂和NH₃反應NH₃中N元素的化合價由-3升高為0價，NO₂中N元素的化合價由+4價降低為0價，生成氮氣和水，反應方程式為：8NH₃+6NO₂$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$7N₂+12H₂O，6molNO₂參加反應轉移電子數為24mole^-，當有5.6LNO₂被還原時，被還原的氮氣的物質的量為：$\frac{5.6L}{22.4L/mol}$=0.25mol，轉移電子的物質的量為0.25mol×24×$\frac{1}{6}$=1mol，
故答案為：1；
（5）氧化爐中出來的氣體，先降溫再進入吸收塔，吸收塔中通入空氣發生反應2NO+O₂=2NO₂；4NO+3O₂+2H₂O=4HNO₃；4NO₂+O₂+2H₂O=4HNO₃，所以通入空氣作用為使NO₂和NO全部轉化為HNO₃，進入吸收塔的氣體的體積分數為NO₂10.0%，NO 1.32%，其余為N₂、水蒸氣等，當進入氧化爐中氣體為10m³時，NO₂體積為10m³×10%=0.1m³，需氧氣：0.1m³×$\frac{1}{4}$，NO體積為10m³×1.32%=0.0132m³，需氧氣：0.0132m³×$\frac{3}{4}$，空氣中氧氣的體積體積分數為21%，最少需要空氣的體積為$\frac{0.1{m}^{3}×\frac{1}{4}+0.0132{m}^{3}×\frac{3}{4}}{21%}$≈1.66m³，
故答案為：使NO₂和NO全部轉化為HNO₃；1.66．

點評 本題主要考查了合成氨工業，題目綜合性較強，題目難度中等，掌握合成氨工業的流程，掌握氮及其化合物的性質是解答本題的關鍵，綜合考查了學生具有分析和解決問題的能力．