Question

7．工業上制取硝酸銨的流程圖如圖，請回答下列問題：
（1）在上述工業制硝酸的生產中，B設備的名稱是氧化爐，其中發生反應的化學方程式為4NH₃+5O₂$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{△}$4NO+6H₂O．
（2）在合成硝酸的吸收塔中通入空氣的目的是可使NO循環利用，全部轉化成HNO₃．
（3）生產硝酸的過程中常會產生一些氮的氧化物，可用如下兩種方法處理：
堿液吸收法：NO+NO₂+2NaOH═2NaNO₂+H₂O
NH₃還原法：8NH₃+6NO_{2$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$7}N₂+12H₂O
①配平上述反應方程式；
②以上兩種方法中，符合綠色化學的是NH₃還原法．
（4）某化肥廠用NH₃制備NH₄NO₃．已知：由NH₃制NO的產率是96%、NO制HNO₃的產率是92%，則制HNO₃，所用去的NH₃的質量占總耗NH₃質量（不考慮其它損耗）的53.1%．

Answer 1

分析 （1）B為氧化爐，在氧化爐中氨氣與氧氣催化氧化生成一氧化氮和水；
（2）通入足量的氧氣，可以確保NO完全轉化成硝酸；
（3）①根據化合價升降相等配平該反應的方程式；
②據反應化學方程式反應物和生成物的性質和經濟效益分析，綠色化學為無污染，原子利用率高；
（4）根據NH₃制NO的產率是96%、NO制HNO₃的產率是92%，利用氮原子守恒來計算硝酸的量，再由HNO₃跟NH₃反應生成NH₄NO₃來計算氨氣的量，最后計算制HNO₃所用去的NH₃的質量占總耗NH₃質量的百分數．

解答 解：（1）在上述工業制硝酸的生產中，B設備是進行氨的催化氧化反應，在氧化爐中進行；發生反應的方程式為：4NH₃+5O₂$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{△}$4NO+6H₂O，
故答案為：氧化爐；4NH₃+5O₂$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{△}$4NO+6H₂O；
（2）在合成硝酸的吸收塔中通入足量空，確保有充足的氧氣可使NO循環利用，全部轉化成HNO₃，
故答案為：可使NO循環利用，全部轉化成HNO₃；
（3）①氨氣分子中N元素的化合價為-3價，二氧化氮中N元素的化合價為+4價，氮氣中N元素化合價為0價，氨氣生成氮氣，化合價升高3價，二氧化氮生成氮氣，化合價降低4價，則化合價變化的最小公倍數為12，則氨氣的系數4，二氧化氮的系數為3，由于氮氣為雙原子分子，則氨氣的系數應該為8，二氧化氮的系數為6，然后根據質量守恒定律配平，配平后的反應為：8NH₃+6NO₂$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$7N₂+12H₂O，
故答案為：8；6；7；12；
②綠色化學是要求反應對環境無污染、原子利用率高等優點，所以NH₃還原法符合綠色化學，
故答案為：NH₃還原法；
（4）根據氮原子守恒可知，NH₃～NO～HNO₃，
則1mol氨氣可得到硝酸的物質的量為：1mol×96%×92%=0.8832mol，
根據HNO₃+NH₃═NH₄NO₃可知反應消耗的氨氣的物質的量為：0.8832mol，
氨氣的質量之比等于物質的量之比，
則制HNO₃所用去的NH₃的質量占總耗NH₃質量的百分數為：$\frac{1mol}{1mol+0.8832mol}$×100%≈53.1%，
故答案為：53.1．

點評 本題考查了工業制備原理應用、流程分析、實驗制備物質的分析判斷及利用物質的轉化及質量守恒的方法來進行簡單計算，題目難度中等，明確關系式法在化學計算中的應用，注意掌握工業制取硝酸的反應原理．