Question

【化学——选修2：化学与技术】联合生产是实现节能减排的重要措施，工业上合成氨和硝酸的联合生产具有重要意义。下面是工业上合成氨的简易流程：

（1）设备A内部结构如右下图所示，其名称是________ ，其中发生的化学反应方程式为_________；生产中原料气必须进行脱硫，目的是____________。选择500℃进行反应的主要原因是___________；

（2）设备B的名称是冷凝塔，图中a和b是两个通水口，其中入水口是    （填“a”或“b”）。

（3）氮气和氢气的混合气体通过压缩机压缩的原因是________________________________。

（4）生产出来的NH₃可以用来生产硝酸。其中在氨气催化氧化过程中，不同温度下生成产物可能有所不同，温度对氨氧化产物产率的影响如下图所示；当温度大于900℃时，NO的产率下降的主要原因是__________________。

（5）某化肥厂用NH₃制备NH₄NO₃。已知：由NH₃制NO的产率是94%，NO制HNO₃的产率是89%，则制HNO₃所用NH₃的质量占总耗NH₃质量（不考虑其它损耗）的     %（保留两位有效数字）。

Answer

（1） (氨）合成塔 N2+3H22NH3 防止催化剂中毒

此温度下催化剂效率最高 （2）b （3）增大压强，加快反应速率，使平衡向生成NH3的方向进行（4）部分NO转变成N2 （5） 54

【解析】

试题分析：（1）合成氨的工业设备是合成塔，其中发生的化学反应方程式为N2+3H22NH3；生产中原料气必须进行脱硫，目的是防止催化剂中毒；N2与H2合成NH3所用的催化剂是铁砂网，温度过低，反应速率较慢，温度较高，不利合成氨气，选择500℃的主原因是在这个温度下催化剂活性最大；

（2）B为冷凝器或冷却塔，冷却时逆向冷却效果好，则入水口应考虑下进上出，即答案为b；

（3）合成氨反应是放热的体积减小的可逆反应，增大压强，加快反应速率，平衡向气体体积减小的方向移动，即平衡朝生成NH3的方向进行；

（4）各反应为放热反应，高温下不利于向正反应进行，根据图像可知，温度高于900℃时，NO的产率降低，氮气的产率增大，故温度高于900℃时应是部分NO转化为N2；

（5）由NH3制NO的产率是94%、NO制HNO3的产率是89%，根据氮原子守恒可知，NH3～NO～HNO3，则1mol氨气可得到硝酸1mol×94%×89%＝0.8366mol，由HNO3+NH3＝NH4NO3，则该反应消耗的氨气的物质的量为0.8366mol，氨气的质量之比等于物质的量之比，则制HNO3所用去的NH3的质量占总耗NH3质量的百分数为×100%＝54%；即制HNO3所用去的NH3的质量占总耗NH3质量的54%。

【考点定位】本题主要是考查了工业制备原理应用，流程分析，实验制备物质的分析判断，利用物质的转化及质量守恒的方法来进行简单计算，使用硝酸铵的注意事项等

【名师点晴】明确转化中的化学反应原理以及根据化学反应得出物质之间的关系是解答的关键，难点是化学计算，计算时注意利用好各种守恒法，例如原子守恒、质量守恒定律、电子得失守恒等。关于合成氨条件的选择，既要注意考虑化学反应速率，又要考虑化学平衡以及催化剂的活性等，解答时注意灵活应用。