Question

【題目】工業上制取硝酸銨的流程圖如下，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_____________，其中發生反應的化學方程式為________________________________________________。

（2）此生產過程中，N2與H2合成NH3所用的催化劑是______________。1909年化學家哈伯在實驗室首次合成了氨，2007年化學家格哈德·埃特爾在哈伯研究所證實了氫氣與氮氣在固體催化劑表面合成氨的反應過程，示意圖如下：

分別表示N2、H2、NH3。圖⑤表示生成的NH3離開催化劑表面，圖②和圖③的含義分別是________________、____________________。

（3）在合成氨的設備（合成塔）中，設置熱交換器的目的是_____________________；在合成硝酸的吸收塔中通入空氣的目的是______________________________。

（4）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+6NO27N2+12H2O（NO也有類似的反應）

以上兩種方法中，符合綠色化學的是________________________________。

（5）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________%。

Answer 1

【答案】氧化爐 4NH3+5O24NO+6H2O 鐵砂網（或鐵） N2、H2被吸附在催化劑表面 在催化劑表面，N2、H2中化學鍵斷裂 利用余熱，節約能源 可使NO循環利用，全部轉化成HNO3 NH3還原法 53

【解析】

（1）在工業制硝酸的生產中，氨的催化氧化在氧化爐中進行，故B設備的名稱是氧化爐，發生反應的化學方程式為4NH3+5O24NO+6H2O。

（2）分析工藝流程知此生產過程中，N2與H2合成NH3所用的催化劑是鐵砂網（或鐵）；分析圖示知圖②和圖③的含義分別是N2、H2被吸附在催化劑表面、N2、H2中化學鍵斷裂。

（3）合成氨的反應為放熱反應，在合成氨的設備（合成塔）中，設置熱交換器的目的是利用余熱，節約能源；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。

（4）堿液吸收法中，只有當NO和NO2的物質的量之比小于等于1:1時尾氣才能吸收完全，且生成物亞硝酸鈉有毒，而NH3還原法生成物為氮氣和水，對環境無影響，故兩種方法中，符合綠色化學的是NH3還原法。

（5）設生產硝酸的NH3的物質的量為1mol，根據關系式：NH3～HNO3和題給信息計算生成HNO3的物質的量為：1 mol×96%×92%=0.88 mol；根據反應：NH3+HNO3＝NH4NO3知與硝酸反應的NH3的物質的量為0.88mol，故制HNO3用去NH3的質量占總消耗NH3的質量分數為：×100%=53%。