Question

工业上制取硝酸铵的流程图如下，请回答下列问题：

（1）在上述工业制硝酸的生产中，B设备的名称是             ，其中发生反应的化学方程式为                                                    。
（2）此生产过程中，N₂与H₂合成NH₃所用的催化剂是              。1909年化学家哈伯在实验室首次合成了氨，2007年化学家格哈德·埃特尔在哈伯研究所证实了氢气与氮气在固体催化剂表面合成氨的反应过程，示意图如下：

分别表示N₂、H₂、NH₃。图⑤表示生成的NH₃离开催化剂表面，图②和图③的含义分别是                、                    。
（3）在合成氨的设备（合成塔）中，设置热交换器的目的是                     ；在合成硝酸的吸收塔中通入空气的目的是                              。
（4）生产硝酸的过程中常会产生一些氮的氧化物，可用如下两种方法处理：
碱液吸收法：NO＋NO₂＋2NaOH＝2NaNO₂＋H₂O
NH₃还原法：8NH₃＋6NO₂ 7N₂＋12H₂O（NO也有类似的反应）
以上两种方法中，符合绿色化学的是                                   。
（5）某化肥厂用NH₃制备NH₄NO₃。已知：由NH₃制NO的产率是96%、NO制HNO₃的产率是92%，则制HNO₃所用去的NH₃的质量占总耗NH₃质量（不考虑其它损耗）的　      %。
（6）硝酸铵是一种常用的氮肥，在贮存和使用该化肥时，应注意的事项及理由是：

	注意事项	理由
①
②

 

Answer 1

（1）氧化炉，（1分）      4NH₃+5O₂4NO+6H₂O。（2分）
（2）铁砂网（或铁）（1分）。N₂、H₂被吸附在催化剂表面；（1分）在催化剂表面，N₂、H₂中化学键断裂（1分）
（3）利用余热，节约能源（1分）；可使NO循环利用，全部转化成HNO₃（1分）
（4）NH₃还原法（1分）
（5）53（2分）
（6）①不能与碱性肥料混施 硝酸铵溶液呈酸性；
②不能剧烈撞击 硝酸铵易爆炸；
③不能在雨水较多的地区使用 硝酸铵吸水性强，易流失
（上述原因答出任意两条即可。4分，各1分）

试题分析：（1）工业制硝酸用氨氧化法制取，其法以氨和空气为原料，用Pt—Rh合金网为催化剂在氧化炉中于 800℃进行氧化反应，生成的NO在冷却时与O₂生NO₂，NO₂在吸收塔内用水吸收在过量空气中O₂的作用下转化为硝酸，最高浓度可达50％。制浓硝酸则把50％HNO₃与Mg[NO₃]2或浓H₂SO₄蒸馏而得。反应的化学方程式分别为：4NH₃+5O₂4NO+6H₂O、2NO+O₂=2NO₂、3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO。
（2）N₂与H₂合成NH₃所用的催化剂是铁砂网（或铁）。分析题中图可以知道，图②表示N₂、H₂被吸附在催化剂表面，而图③表示在催化剂表面，N₂、H₂中化学键断裂。
（3）在合成氨的设备（合成塔）中，设置热交换器的目的是利用余热，节约能源；在合成硝酸的吸收塔中不断通入空气，目的是提供充足的氧气，以便使NO循环利用，全部转化成硝酸；
（4）根据“绿色化学”要求从根本上减少或杜绝污染，尽可能使原料的利用率提高来看，符合绿色化学的是NH₃还原法，因为碱液吸收法产生了有毒的物质亚硝酸钠，所以不符合“绿色化学”的要求。
（5）由NH₃制NO的产率是96%、NO制HNO₃的产率是92%，，
根据氮原子守恒可知，
NH₃～NO～HNO₃，
则1mol氨气可得到硝酸1mol×96%×92%=0.8832mol，
由HNO₃+NH₃═NH₄NO₃，
则该反应消耗的氨气的物质的量为0.8832mol，
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1mol 1mol+0.8832mol ×100%=53.1%．
（6）根据硝酸铵的性质来解答，由于硝酸铵受撞击时易爆炸，因此硝酸铵不能与易燃物混放；不能用铁锤等物将结块的硝酸铵砸碎；不能受到严重撞击，因为硝酸铵溶液呈酸性，所以不能与碱性肥料混施。