Question

10．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铵的联合生产具有重要意义，其中一种工业合成的简易流程图如图1：

（1）NH₄NO₃溶液呈酸性的原因是NH₄⁺+H₂O?NH₃•H₂O+H⁺（用离子方程式表示）．
（2）Ⅴ→Ⅵ过程在吸收塔中进行，该过程中通入过量空气的目的是增大NO的转化率．
（3）工业上常用氨水吸收天然气中的H₂S杂质，产物为NH₄HS．一定条件下向NH₄HS溶液中通入空气，得到单质硫并使吸收液再生，该再生反应的化学方程式是2NH₄HS+O₂$\frac{\underline{\;一定条件\;}}{\;}$2NH₃•H₂O+2S↓．
（4）已知：2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H=-566.0kJ•mol^-1
CH₄（g）+H₂O（g）═CO（g）+3H₂（g）△H=+206.2kJ•mol^-1
2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-571.6kJ•mol^-1
CH₄（g）与H₂O（g）反应生成CO₂（g）和H₂（g）的热化学方程式是CH₄（g）+2H₂O（g）=CO₂（g）+4H₂（g）△H=+209 kJ•mol^-1．
（5）某化工厂利用电解NO制备硝酸铵，其工作原理如图2所示，电极X是阴极，Y极的电极反应式是NO-3e^-+2H₂O=NO₃^-+4H⁺．
（6）在联合生产制备NH₄NO₃过程中，由NH₃制NO的产率是90%，NO制HNO₃的产率是85%，不考虑其它损耗，则制HNO₃所用NH₃的质量占总耗NH₃质量的57%（保留两位有效数字）．

Answer 1

分析 工业上合成氨和硝酸铵的联合生产：天然气和水蒸气发生反应CH₄+H₂O═CO+3H₂，氮气和氢气发生反应N₂+3H₂2NH₃；氨气易液化，通过液化分离出氨气，氨气催化氧化，4NH₃+5O₂$\frac{\underline{催化剂}}{△}$4NO+6H₂0，一氧化氮和氧气和水反应生成硝酸，4NO+3O₂+2H₂O=4HNO₃，氨气和硝酸反应生成硝酸铵．
（1）硝酸铵是强酸弱碱盐，铵根离子水解使硝酸铵溶液显酸性；
（2）Ⅴ→Ⅵ过程在吸收塔中进行，2NO+O₂═2NO₂；3NO₂+H₂O═2HNO₃+NO；4NO₂+O₂+H₂O═4HNO₃，为使NO充分氧化而生成硝酸，应通入过量空气；
（3）吸收液为氨水，产物为NH₄HS，吸收液再生，即反应过程中生成一水合氨，依据原子守恒和电子守恒书写化学方程式；
（4）根据盖斯定律，由已知热化学方乘以适当的系数进行加减构造目标热化学方程式，反应热也乘以相应的系数并进行相应的加减，据此计算；
（5）工业上电解NO制备 NH₄NO₃，由装置图可知阳极发生氧化反应，NO被氧化生成NO₃^-，阴极发生还原反应，NO被还原生成NH₄⁺；
（6）根据氮原子守恒可知，NH₃～NO～HNO₃，假设氨气为1mol，根据原子守恒计算制备的硝酸，每一步损失率、利用率都以氨气计算．

解答 解：（1）NH₄NO₃溶于水，溶液显酸性，是因为铵根离子水解使硝酸铵溶液显酸性，水解离子反应为：NH₄⁺+H₂O?NH₃•H₂O+H⁺，
故答案为：NH₄⁺+H₂O?NH₃•H₂O+H⁺；
（2）Ⅴ→Ⅵ过程在吸收塔中进行，2NO+O₂═2NO₂；3NO₂+H₂O═2HNO₃+NO；4NO₂+O₂+H₂O═4HNO₃，为使NO充分氧化而生成硝酸，应通入过量空气，增大NO的转化率，
故答案为：增大NO的转化率；
（3）H₂S杂质常用氨水吸收，产物为NH₄HS，吸收液为氨水，一定条件下向NH₄HS溶液中通入空气，得到单质硫并使吸收液再生，即反应过程中生成一水合氨，依据原子守恒和电子守恒配平书写化学方程式为：2NH₄HS+O₂$\frac{\underline{\;一定条件\;}}{\;}$2NH₃•H₂O+2S↓，
故答案为：2NH₄HS+O₂$\frac{\underline{\;一定条件\;}}{\;}$2NH₃•H₂O+2S↓；
（4）①2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H=-566.0kJ•mol^-1
②CH₄（g）+H₂O（g）═CO（g）+3H₂（g）△H=+206.2kJ•mol^-1
③2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-571.6kJ•mol^-1
依据盖斯定律①×$\frac{1}{2}$+②-③×$\frac{1}{2}$得到热化学方程式为：CH₄（g）+2H₂O（g）=CO₂（g）+4H₂（g）△H=（-566.0kJ•mol^-1）×$\frac{1}{2}$+（+206.2kJ•mol^-1）-（-571.6kJ•mol^-1
）×$\frac{1}{2}$=+209 kJ•mol^-1；
故答案为：CH₄（g）+2H₂O（g）=CO₂（g）+4H₂（g）△H=+209 kJ•mol^-1；
（5）电解NO制备NH₄NO₃，阳极发生氧化反应，NO被氧化生成NO₃^-，由装置图可知，电极Y是阳极，反应为NO-3e^-+2H₂O=NO₃^-+4H⁺，则X为阴极，阴极反应为：NO+5e^-+6H⁺=NH₄⁺+H₂O
故答案为：阴； NO-3e^-+2H₂O=NO₃^-+4H⁺；
（6）由NH₃制NO的产率是90%、NO制HNO₃的产率是85%，根据氮原子守恒可知，NH₃～NO～HNO₃，则1mol氨气可得到硝酸1mol×90%×85%=0.765mol，由HNO₃+NH₃═NH₄NO₃，则该反应消耗的氨气的物质的量为0.765mol，氨气的质量之比等于物质的量之比，则制HNO₃所用去的NH₃的质量占总耗NH₃质量的百分数为$\frac{1}{1+0.765}$×100%≈57%，
故答案为：57．

点评 本题考查工业上合成氨和硝酸铵，涉及反应热计算、多步反应的有关计算、电解等知识，侧重考查学生分析思维能力，注意利用守恒思想计算，也可以利用关系式计算，题目难度中等．