Question

氨是一種重要的化工原料，在工農業生產中有很多重要應用
I．工業合成氨的流程示意圖如圖1：回答下列問題：
（1）設備A中含有電加熱器、觸媒和熱交換器，設備A的名稱

 

，其中發生的化學反應方程式為

 

；原料氫氣的來源是水和碳氫化合物，寫出分別采用煤和天然氣為原料制取氫氣的化學反應方程式：

 

，

 

；
（2）設備B的名稱

 

，其中m和n是兩個通水口，入水口是

 

（填“m”或“n”）．不宜從相反方向通水的原因

 

；
（3）設備C的作用是

 

；
II．制堿工業主要有“氨堿法”和“聯合制堿法”兩種工藝，氨堿法的工藝如圖2所示：
（4）圖中的中間產物C是

 

，D

 

．（寫化學式）；
（5）碳酸化塔中發生反應的化學方程式為

 

；
（6）聯合制堿法對氨堿法進行了改進，更加符合綠色化學的重要原則，提高了反應的原子利用率．根據“聯合制堿法”總反應，列出計算原子利用率的表達式：原子利用率（%）=

 

．

Answer 1

分析：（1）氮氣和氫氣在合成塔內發生化合反應生成氨氣；利用碳或甲烷和水蒸氣在高溫下反應生成氫氣和一氧化碳；
（2）從A中出來的混合氣體進入冷卻塔冷凝，為了達到最佳冷凝效果，高溫氣體從冷凝塔上端進入，冷卻水從下端進入；
（3）C是分離塔，在分離塔內將液氨和未反應的原理氣體分離，原料可循環利用；
（4）碳酸鈣分解生成生石灰，生石灰與水反應生成氫氧化鈣，氯化銨和氫氧化鈣反應生成氯化鈣和氨氣和水；
（5）二氧化碳、氨氣、氯化鈉溶液在碳酸化塔中發生反應生成碳酸氫鈉和氯化銨；
（6）原子利用率=

目標產物總質量

反應物總質量

×100%，結合聯合制堿法方程式解答．

解答：解：（1）氮氣和氫氣在合成塔內發生化合反應生成氨氣方程式為：N₂+3H₂ 

催化劑

高溫高壓

 2NH₃；碳和水蒸氣反應方程式：C+H₂O 

高溫  .

CO+H₂；甲烷和水蒸氣反應方程式：CH₄+H₂O  

高溫  .

CO+H₂；
故答案為：合成塔；N₂+3H₂

催化劑

高溫高壓

2NH₃；C+H₂O

高溫  .

CO+H₂；CH₄+H₂O

高溫  .

CO+H₂；
（2）混合氣體進入冷卻塔冷凝，冷凝水從下口進入上口排除，逆向冷凝效果更好，
故答案為：冷凝器；n；高溫氣體從冷凝塔上端進入，冷卻水從下端進入，逆向冷凝效果更好；
（3）C是分離塔，在分離塔內將液氨和未反應的原理氣體分離，
故答案為：在分離塔內將液氨和未反應的原理氣體分離；
（4）碳酸鈣分解生成生石灰，生石灰與水反應生成氫氧化鈣，氯化銨和氫氧化鈣反應生成氯化鈣和氨氣和水，
故答案為：Ca（OH）₂；NH₃；
（5）二氧化碳、氨氣、氯化鈉溶液在碳酸化塔中發生反應生成碳酸氫鈉和氯化銨方程式為：NH₃+CO₂+H₂O+NaCl=NaHCO₃↓+NH₄Cl，
故答案為：NH₃+CO₂+H₂O+NaCl=NaHCO₃↓+NH₄Cl；
（6）根據方程式：NH₃+CO₂+H₂O+NaCl=NaHCO₃↓+NH₄Cl得：原子利用率=

目標產物總質量

反應物總質量

×100%=

m(Na2CO3)+m(NH4Cl)

m(NaCl)+m(NH3)+m(H2O)

×100%，
故答案為：

m(Na2CO3)+m(NH4Cl)

m(NaCl)+m(NH3)+m(H2O)

×100%．

點評：本題考查“氨堿法”和“聯合制堿法”兩種工藝的流程，題目難度較大，注意把握反應的原理，注重相關基礎知識的積累．