Question

【化学——选修2：化学与技术】(15分)

Ⅰ．合成氨工业的主要反应为：N2(g) + 3H2(g)2NH3(g) △H<O，下图是合成氨的简要流程示意图：

（1）沿X路线进入压缩机的物质是 。

（2）氮、氢混合气体送入合成塔前要通过压缩机压缩的原因是 ；

（3）下图为氨合成塔，为什么原料气从塔底流经外筒环隙进入，气体在反应前后都要通过热交换器？

Ⅱ．氨是一种重要的化工原料，能制备氮肥、硝酸和纯碱等。

（1）我国化学家侯德榜改革国外的纯碱生产工艺，采用联合制碱法，生产流程可简要表示如下：

①写出上述流程中X物质的分子式 。

②沉淀池中发生的化学反应方程式是 。

③向母液中通入氨气，加入细小食盐颗粒，冷却析出副产品，通入氨气的作用有 。

a．增大NH4+的浓度，使NH4Cl更多地析出

b．使NaHCO3更多地析出

c．使NaHCO3转化为Na2CO3，提高析出的NH4Cl纯度

（2）某工厂用氨制硝酸，再进一步制NH4NO3。已知由NH3制HNO3时产率为88％，由NH3被HNO3的吸收率为98％。则该工厂用100吨氨最多能制硝酸铵 吨。

Answer 1

I、（1）N2和H2 （2分）

（2）增大反应物浓度，加快反应速率，使平衡朝生成NH3的方向进行（2分）

（3）进行热交换，预热原料气，加快反应速率；充分利用反应放出的热量，节约能源。（2分）

Ⅱ．（1）①CO2 （2分）

②NH3 + CO2 + H2O + NaCl =NH4Cl + NaHCO3↓

或 NH3 + CO2 + H2O = NH4HCO3 ；NH4HCO3 + NaCl = NaHCO3↓ + NH4Cl（2分）

③ a、c （2分） （2）218.2（3分）

【解析】

试题分析：I、（1）合成氨工业中，为增大反应物的转化率，及时分离出氨气，所以冷凝器中是将氨气液化，而未反应的氮气和氢气又回到压缩机中进行参与反应，所以沿X路线进入压缩机的物质是N2和H2 ；

（2）物质被压缩，则浓度会增大，而增大反应物的浓度，会加快反应速率，平衡正向移动，所以氮、氢混合气体送入合成塔前要通过压缩机压缩的原因增大反应物浓度，加快反应速率，使平衡朝生成NH3的方向进行；

（3）合成氨的反应是放热反应，原料气从底部通入，可以进行热交换，预热原料气，加快反应速率；同时充分利用反应放出的热量，节约能源；

II、（1）①煅烧炉内是把生成的碳酸氢钠分解产生碳酸钠、水和二氧化碳，而二氧化碳恰好是制取碳酸氢钠的原料气，所以X物质的分子式是CO2；

②二氧化碳、氨气、氯化钠、水反应生成氯化铵和碳酸氢钠，因为碳酸氢钠的溶解度小于氯化钠，所以以沉淀形式存在，所以沉淀池中发生的化学方程式是NH3 + CO2 + H2O + NaCl =NH4Cl + NaHCO3↓；或 NH3 + CO2 + H2O = NH4HCO3 ；NH4HCO3 + NaCl = NaHCO3↓ + NH4Cl；

③根据NH3 + CO2 + H2O + NaCl =NH4Cl + NaHCO3↓可知母液溶质主要是氯化铵，向其中加入食盐颗粒，更好的析出副产品，通入氨气，则增大铵根离子的浓度，使氯化铵更好的析出；同时通入氨气，使溶液的碱性增强，则母液中的碳酸氢钠会转化为溶解度较大的碳酸钠，从而使析出的氯化铵较纯净，所以答案选ac；

（2）设用于生产硝酸的氨气的质量是xt，则用于与硝酸反应的氨气的质量是（100-x）t，根据题意，氨气与生成的硝酸恰好反应生成硝酸铵时产生的系数铵的质量最多，则NH3 +HNO3=NH4NO3，88%x/17=(100-x)98%/17，解得x=52.68t，所以产生硝酸铵的质量是52.68t×88%/17g/mol×80g/mol=218.2t。

考点：考查氨气的制取及联合制碱法的工业分析，物质的计算