Question

【題目】工業上制取硝酸銨的流程圖如下，請回答下列問題：

（1）合成氨的工業設備名稱是 ， 設備中設置熱交換器的目的是；此生產過程中，N2與H2合成NH3所用的催化劑是；生產中原料氣必須進行脫硫，目的是。
（2）吸收塔中的反應為 ， 從生產流程看，吸收塔中需要補充空氣，其原因是。
（3）生產硝酸的過程中常會產生一些氮的氧化物，可用如下三種方法處理：
方法一：堿吸收法：NO＋NO2＋2NaOH＝2NaNO2＋H2O，2NO2＋Na2CO3＝NaNO2＋NaNO3＋CO2
方法二：氨還原法：8NH3＋6NO2＝7N2＋12H2O(該反應放熱，NO也有類似的反應)
方法三：甲烷吸收法：CH4(g)＋2NO2(g)=CO2(g)＋N2(g)＋2H2O(g) △H=＋867kJ·mol－1(NO也有類似的反應）上述三種方法中方法一最大的缺點是；方法三和方法二相比，優點是 ， 缺點是。
（4）某化肥廠用NH3制備NH4NO3。已知：由NH3制NO的產率是94%，NO制HNO3的產率是89%，則制HNO3所用的NH3的質量占總耗NH3質量（不考慮其他損耗）的%（保留三位有效數值）。

Answer 1

【答案】
（1）合成塔；利用余熱，節約能源；鐵砂網（或鐵或鐵觸媒）；防止催化劑中毒
（2）2NO＋O2＝2NO2 ， 3NO2＋H2O＝2HNO3＋NO（或4NO＋3O2＋2H2O＝4HNO3）；可使NO循環利用，提高原料利用率
（3）單獨的NO不能被吸收；甲烷比氨價格便宜；耗能高
（4）54.4
【解析】解：（1）在合成氨的設備（合成塔）中，用到的催化劑是鐵砂網，硫可使催化劑中毒（降低催化劑活性），設置熱交換器的目的是利用余熱，節約能源；
所以答案是：合成塔；利用余熱，節約能源；鐵砂網（或鐵或鐵觸媒）；防止催化劑中毒．
（2）在合成硝酸的吸收塔中不斷通入空氣，目的是提供充足的氧氣，以便使NO循環利用，全部轉化成硝酸；
所以答案是：2NO+O2=2NO2 ， 3NO2+H2O=2HNO3+NO（或4NO+3O2+2H2O=4HNO3）；可使NO循環利用，提高原料利用率．
（3） 根據“綠色化學”要求，從根本上減少或杜絕污染，盡可能使原料和利用率提高來看，符合綠色的要求．題中方法一堿吸收法中，NO與堿不反應，因此方法一最大 的缺點就是對單獨的NO污染物沒法吸收；方法三與方法二相比較而言，優點是原料甲烷比氨的單價要便宜，方法三更經濟，但是甲烷吸收法的反應是吸熱的，而氨 還原法的反應是放熱的，因此方法三的缺點是耗能大．
所以答案是：單獨的NO不能被吸收；甲烷比氨價格便宜；耗能高．
（4）由NH3制NO的產率是94%，NO制HNO3的產率是89%，根據氮原子守恒可知，NH3～NO～HNO3 ， 則1mol氨氣可制得硝酸1mol×94%×89%=0.8366mol；由HNO3+NH3=NH4NO3可知，該反應消耗的氨氣的量為0.8366mol；制HNO3所用的NH3的量為1mol，總耗的氨氣量為1mol+0.8366mol=1.8366mol，則制HNO3所用的NH3的質量占總耗NH3質量的百分數為：≈54.4%（保留三位有效數字）；
所以答案是：54.4．