Question

11．為了綜合利用副產品CaSO₄，某化工廠與相鄰的合成氨廠聯合設計了下列（NH₄）₂SO₄生產流程：請回答以下問題：
（1）合成氨反應的化學方程式是N₂+3H₂$\frac{\underline{\;\;催化劑\;\;}}{高溫高壓}$2NH₃，該反應在合成塔（填設備名）中發生，反應所用催化劑一般用鐵觸媒．
（2）沉淀池中發生的主要反應方程式是CaSO₄+CO₂+2NH₃+H₂O=CaCO₃↓+（NH₄）₂SO₄，該反應能夠發生的原因是生成的CaCO₃溶解度小于CaSO₄有利于反應向正向進行．
（3）在上述流程中可以循環使用的物質是CO₂，該生產過程中的副產品是生石灰．
（4）從綠色化學和資源綜合利用的角度說明上述流程的主要優點是該流程中產生的CO₂循環使用，得到的產品和副產品都是有用的物質，無廢物產生．

Answer 1

分析 工業合成氨的反應原理為N₂+3H₂$\frac{\underline{\;\;催化劑\;\;}}{高溫高壓}$2NH₃，將NH₃和CO₂通入沉淀池中并加入CaSO₄，生成（NH₄）₂SO₄和CaCO₃，發生CaSO₄+CO₂+2NH₃+H₂O=CaCO₃↓+（NH₄）₂SO₄，CaCO₃在煅燒爐中分解生成CO₂和CaO，CO₂可循環使用，
（1）氮氣和氫氣在高溫高壓、催化劑條件下反應生成氨氣，該反應在合成塔中進行，催化劑為鐵觸媒；
（2）CaCO₃溶解度小于CaSO₄，則沉淀池中硫酸鈣與二氧化碳、氨氣、水反應生成碳酸鈣沉淀和硫酸銨；
（3）碳酸鈣高溫下分解生成氧化鈣和二氧化碳，二氧化碳可以循環利用，氧化鈣為副產品；
（4）從反應原理及可循環利用物質、副產品及是否有污染物生成等角度分析．

解答 解：（1）工業合成氨的反應原理為：N₂+3H₂$\frac{\underline{\;\;催化劑\;\;}}{高溫高壓}$2NH₃；該反應在合成塔中進行，需要使用鐵觸媒做催化劑，
故答案為：N₂+3H₂ $\frac{\underline{\;\;催化劑\;\;}}{高溫高壓}$2NH₃；合成塔；鐵觸媒；
（2）將NH₃和CO₂通入沉淀池中并加入CaSO₄，由于生成的CaCO₃溶解度小于CaSO₄有利于反應向正向進行，則反應生成（NH₄）₂SO₄和CaCO₃，反應的化學方程式為：CaSO₄+CO₂+2NH₃+H₂O=CaCO₃↓+（NH₄）₂SO₄，
故答案為：CaSO₄+CO₂+2NH₃+H₂O=CaCO₃↓+（NH₄）₂SO₄；生成的CaCO₃溶解度小于CaSO₄有利于反應向正向進行；
（3）CaCO₃在煅燒爐中分解生成CO₂和CaO，CO₂可循環使用，副產品為生石灰，
故答案為：CO₂；生石灰；
（4）根據反應流程離子，該反應的有點為：生成的CO₂可循環使用，CaO可制備硫酸鈣，沒有廢物生成，
故答案為：該流程中產生的CO₂循環使用，得到的產品和副產品都是有用的物質，無廢物產生．

點評 本題考查工業合成氨，題目難度中等，明確合成流程及反應原理為解答關鍵，試題側重考查學生的分析、理解能力及靈活應用基礎知識的能力，（2）為易錯點，需要從難溶物溶解平均及其轉化實質角度考慮．