Question

【化学选修2：化学与技术】硝酸铵可用作化肥、军用炸药、杀虫剂、冷冻剂等。工业制取硝酸铵的工艺流程如下：

（1）合成氨气的工业设备名称_______________，设备中设置热交换器的目的是____________，合成氨的原料气必须先脱硫，目的是_______________；

（2）吸收塔中反应的化学方程式为_________________________，从生产流程看，吸收塔中需要补充空气，其原因是_______________；

（3）生产硝酸的过程中常会产生氮的氧化物，可用如下三种方法处理：

方法一：碱性溶液吸收法

NO+NO₂+2NaOH═2NaNO₂+H₂O；2NO₂+Na₂CO₃═NaNO₂+NaNO₃+CO₂

方法二：NH₃还原法

8NH₃(g)+6NO₂(g)═7N₂(g)+12H₂O(g)△H=-2635kJ/mol(NO也有类似的反应)

方法三：甲烷吸收法

CH₄(g)+2NO₂═CO₂(g)+N₂+2H₂O(g)△H=+867kJ/mol(NO也有类似的反应)

上述三种方法中，方法一的主要缺点是_______________；

方法三和方法二相比，方法三的缺点是_______________；

（4）工业上也可以通过电解NO制备NH₄NO₃，其工作原理如图所示．

①图中通入NH₃的目的是_______________；

②若维持电流强度为3A，电解2小时，理论上可制得NH₄NO₃的最大质量为_____g；(已知F=96500C•mol^-l)(保留2位有效数字)．

（5）某化肥厂用NH₃制备NH₄NO₃．己知：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(不考虑其他损耗)的百分比为______________。

Answer

（1）合成塔 充分利用热能，节约能源 防止催化剂中毒

（2）2NO+O2=2NO2、3NO2+H2O=2HNO3+NO(或4NO2+O2+2H2O=4HNO3) 可使NO循环利用，提高原料利用率

（3）单独的NO不能被吸收 耗能高

（4）①使电解产物全部转化为NH4NO3 ② 6.0 （5）54.4%

【解析】

试题分析：（1）合成氨的工业设备是合成塔；合成氨的反应属于放热反应，反应过程中会放出大量的热，用热交换器可以充分利用余热，节约能源；N2与H2合成NH3，生产中原料气必须进行脱硫可以防止催化剂中毒；

（2）在吸收塔中二氧化氮与水反应生成硝酸和NO，通入空气，NO能被空气中的氧气氧化为二氧化氮2NO+O2=2NO2，二氧化氮再与水反应生成硝酸3NO2+H2O=2HNO3+NO，这样使NO循环利用，全部转化为硝酸，反应的化学方程式为4NO+3O2+2H2O=4HNO3；

（3）方法一最大的缺点是单独的NO不能被吸收，只能与NO2一起被碱液吸收；方法三和方法二相比，优点是甲烷比氨价格便宜，节约成本；缺点是方法三的反应热为+867kJ•mol-1，耗能较高；

（4）①电解NO制备NH4NO3，阳极反应为NO-3e-+2H2O=NO3-+4H+，阴极反应为：NO+5e-+6H+=NH4++H2O，从两极反应可看出，要使得失电子守恒，阳极产生的NO3-的物质的量大于阴极产生的NH4+的物质的量，总反应方程式为：8NO+7H2O3NH4NO3+2HNO3，因此补充NH3，使电解产物全部转化为NH4NO3；

②维持电流强度为3A，电解2小时，时间为7200S，F=96500C•mol-1，Q=It=3.0C/s×7200S，则理论上可制得NH4NO3的最大质量为×80g/mol=6.0g；

（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%=54.4%；即制HNO3所用去的NH3的质量占总耗NH3质量的54.4%。

考点：考查工业制备原理应用，流程分析，实验制备物质的分析判断。