Question

1．氮的化合物是重要的化工原料，在工农业生产中有很多重要应用．工业上合成氮及联合制碱法的流程示意图如下：

（1）在工业生产中，设备A的名称为沉淀池，A中发生的化学反应方程式是NH₃+CO₂+H₂O+NaCl=NH₄Cl+NaHCO₃↓．
（2）在上述生产中向母液通入氨气同时加入NaCl，可促进副产品氯化铵的析出．
（3）原料气中往往含有H₂S、CO、CO₂等杂质，必须除去这些杂质的目的是防止催化剂中毒．
（4）某实验小组，利用下列装置图模拟“联合制碱法”的第一步反应．

上述装置中接口连接顺序为D；D中应选用的液体为饱和NaHCO₃溶液．
A．a接c；b接f；e接d
B．a接d；b接f；e接c
C．b接d；a接c；f接 e
D．b接c；a接f；e接d
（5）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218吨．

Answer 1

分析 （1）氨气、氯化钠溶液、二氧化碳在沉淀池中反应生成碳酸氢钠和氯化铵；
（2）含有碳酸氢钠和氯化铵的混合物经过过滤，分离出碳酸氢钠晶体，剩余的母液中含有氯化铵；
（3）H₂S、CO、CO₂等杂质容易造成催化剂中毒，降低催化效果，需要将原料气中的杂质除去；
（4）根据装置A制取CO₂，装置B制取NH₃，装置D除去二氧化碳中的HCl，二氧化碳与氨气通入C中应防止倒吸，据此分析连接仪器装置；
（5）设出制备出的硝酸铵的物质的量为xmol，然后根据在反应过程中的损耗，将NH₄NO₃时所需的NH₃的物质的量和制备HNO₃时所需的NH₃的分别表示出，质量共为100t，据此进行求算．

解答 解：（1）氨气、氯化钠溶液、二氧化碳在沉淀池中反应生成碳酸氢钠和氯化铵，所以设备A为沉淀池，发生的反应为NH₃+CO₂+H₂O+NaCl=NH₄Cl+NaHCO₃↓；
故答案为：NH₃+CO₂+H₂O+NaCl=NH₄Cl+NaHCO₃↓；
（2）含有碳酸氢钠和氯化铵的混合物经过过滤，分离出碳酸氢钠晶体，剩余的母液中含有氯化铵，母液通入氨气同时加入NaCl，可促进副产品氯化铵的析出；
故答案为：NaCl；
（3）原料气中的H₂S、CO、CO₂等杂质容易造成催化剂中毒，降低催化效果，所以必须将原料气中往往含有的H₂S、CO、CO₂等杂质除去，防止催化剂中毒；
故答案为：防止催化剂中毒；
（4）足量的CO₂与NaOH反应生成NaHCO₃，装置A产生CO₂，装置B生石灰与浓氨水产生NH₃，装置D除去二氧化碳中的HCl，二氧化碳与氨气通入C中应防止倒吸，则b接c，故a接f、e接d；由于二氧化碳在碳酸氢钠饱和溶液中溶解度较小，而HCl能被碳酸氢钠吸收，所以D中液体为饱和NaHCO₃溶液；
故答案为：D；饱和NaHCO₃溶液；
（5）设制备出的NH₄NO₃的物质的量为xmol，
根据反应NH₃+HNO₃=NH₄NO₃可知：NH₃～NH₄NO₃，由于NH₃被HNO₃的吸收率为98%，故在此反应中所需的NH₃的物质的量为：$\frac{x}{98%}$=1.02xmol；
同时据反应可知：NH₃～HNO₃～NH₄NO₃，而由NH₃制HNO₃时产率为88%，故生成xmolNH₄NO₃，需要的制备硝酸的NH₃的物质的量为：$\frac{x}{88%}$=1.136xmol，
即制得xmolNH₄NO₃所需的氨气的物质的量为：（1.02x+1.136x）mol，
根据氨气的质量为100t即10⁸g可得：（1.02x+1.136x）mol×17g/mol=10⁸g，
解得：x=2728364.07mol，
NH₄NO₃的质量为：m=nM=2728364.07mol×80g/mol≈218t，
故答案为：218．

点评 本题考查了合成氨、制碱法的工艺的流程，题目难度中等，明确制备流程及反应原理为解答关键，注意根据物质的主要性质分析工艺装置、反应原理，试题充分考查了学生的分析、理解能力及化学实验能力．