Question

11．氨在國民經濟中占有很重要的地位．現在約有80%的氨用來制造化肥，其余的用作生產其他化工產品的原料．氨氧化法制硝酸是工業上制硝酸的主要方法．
（1）對于合成氨的反應來說，使用催化劑和施以高壓，都能縮短達到平衡所用的時間，但只有壓強對化學平衡狀態有影響．
（2）綜合考慮各種因素，在實際生產中合成氨一般選擇以鐵觸媒為催化劑，壓強在10～30MPa，溫度在400～500℃．
（3）要實現合成氨的工業化生產，首先要解決氫氣和氮氣的來源問題．氫氣可以由以下幾個途徑制取：①電解水制取氫氣；②由煤或焦炭制取氫氣；③由天然氣或重油制取氫氣．你認為哪種方法是最佳選擇：③（填序號），其反應的化學方程式為CH₄+H₂O$\frac{\underline{催化劑}}{△}$CO+3H₂、CO+H₂O$\frac{\underline{催化劑}}{△}$CO₂+H₂．
（4）如圖是合成氨的簡要流程示意圖，圖中循環氣體物質是N₂、H₂．
（5）硝酸廠的尾氣中含有NO和NO₂等污染物，為了防止污染大氣可以用燒堿溶液吸收從吸收塔中放出的尾氣，發生的反應如下：NO+NO₂+2NaOH═2NaNO₂+H₂O，2NaOH+NO₂═NaNO₂+NaNO₃+H₂O
但在實際生產中常用純堿代替燒堿，也能發生類似反應，且放出CO₂，試寫出用純堿溶液吸收NO和NO2的兩個反應的化學方程式：
①NO+NO₂+Na₂CO₃═2NaNO₂+CO₂；
②Na₂CO₃+2NO₂═NaNO₂+NaNO₃+CO₂．

Answer 1

分析 （1）根據勒沙特列原理，增加壓強平衡向氣體體積減小的方向移動，而催化劑能同等程度的改變正逆反應速率，對化學平衡沒有影響；
（2）工業上考慮反應物的轉化率、反應速率、對設備的要求等因素，選擇合成氨的條件；
（3）①電解水制取氫氣，要消耗電能，反應難度較大；
②由煤或焦炭與水反應制取氫氣，反應殘留固體多，煤中雜質較多，得到氣體不純；
③由天然氣或重油制取氫氣，產生的污染較小，產生氫氣的效率較高；
（4）合成氨反應是可逆反應，未反應的氮氣和氫氣可以循環使用；
（5）根據元素守恒，純堿與NO和NO₂反應，生成NaNO₂、NaNO₃，且放出CO₂，據此寫反應的化學方程式．

解答 解：（1）根據勒沙特列原理，增加壓強平衡向氣體體積減小的方向移動，而催化劑能同等程度的改變正逆反應速率，對化學平衡沒有影響，
故答案為：壓強；
（2）工業上考慮反應物的轉化率、反應速率、對設備的要求等因素，選擇合成氨的條件為10～30MPa、400～500℃、鐵觸媒，
故答案為：鐵觸媒；10～30MPa；400～500℃；
（3）①電解水制取氫氣，要消耗電能，反應難度較大；
②由煤或焦炭與水反應制取氫氣，反應殘留固體多，煤中雜質較多，得到氣體不純；
③由天然氣或重油制取氫氣，產生的污染較小，產生氫氣的效率較高，反應方程式為CH₄+H₂O$\frac{\underline{催化劑}}{△}$CO+3H₂、CO+H₂O$\frac{\underline{催化劑}}{△}$CO₂+H₂，
故答案為：③；CH₄+H₂O$\frac{\underline{催化劑}}{△}$CO+3H₂、CO+H₂O$\frac{\underline{催化劑}}{△}$CO₂+H₂；
（4）合成氨反應是可逆反應，未反應的氮氣和氫氣可以循環使用，故答案為：N₂、H₂；
（5）根據元素守恒，純堿與NO和NO₂反應，生成NaNO₂、NaNO₃，且放出CO₂，反應的化學方程式為①NO+NO₂+Na₂CO₃═2NaNO₂+CO₂，②Na₂CO₃+2NO₂═NaNO₂+NaNO₃+CO₂，
故答案為：①NO+NO₂+Na₂CO₃═2NaNO₂+CO₂；②Na₂CO₃+2NO₂═NaNO₂+NaNO₃+CO₂．

點評 本題綜合考查工業合成氨知識，涉及物質的分離、化學平衡的等問題，題目難度中等，注意把握物質的性質，注意合成氨條件的選擇．