Question

【題目】2007年度諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予致力于研究氨的合成與催化劑表面積大小關(guān)系的德國(guó)科學(xué)家格哈德埃特爾，以表彰他在“固體表面化學(xué)過(guò)程”研究中作出的貢獻(xiàn)．他研究的氫氣與氮?dú)庠诠腆w催化劑表面合成氨的反應(yīng)過(guò)程示意圖如下：

（1）圖⑤表示生成的NH3離開(kāi)催化劑表面．則圖②和圖③的含義分別是、 ．
（2）工業(yè)上制取硝酸銨的模擬流程圖如下：

請(qǐng)回答下列問(wèn)題：
（I）此生產(chǎn)過(guò)程中，N2與H2合成NH3工業(yè)設(shè)備名稱是；設(shè)備中，設(shè)置熱交換器的目的是；合成氨過(guò)程中所用的催化劑是 ． 生產(chǎn)中原料氣必須進(jìn)行脫硫處理的目的是 ．
（II）在合成硝酸的吸收塔中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式是；通入空氣的目的是 ．
（III）生產(chǎn)硝酸的過(guò)程中常會(huì)產(chǎn)生一些氮的氧化物，可用如下三種方法處理：
方法一：堿液吸收法：NO+NO2+2NaOH═2NaNO2+H2O；
2NO2+2Na2CO3═NaNO2+NaNO3+CO2
方法二：NH3還原法：8NH3+6NO2 7N2+12H2O（NO也有類似的反應(yīng)）
方法三：甲烷吸收法：CH4（g）+2NO2（g）═CO2（g）+N2（g）+2H2O（g）△H=+867kJmol﹣1
（NO也有類似的反應(yīng)）
上述方法中方法一最大的缺點(diǎn)是；方法三和方法二相比，優(yōu)點(diǎn)是 ， 缺點(diǎn)是 ．
（IV）某化肥廠用NH3制備NH4NO3 ． 已知：由NH3制NO的產(chǎn)率是94%、NO制HNO3的產(chǎn)率是89%，則制HNO3所用去的NH3的質(zhì)量占總耗NH3質(zhì)量（不考慮其它損耗）的%．（保留三位有效數(shù)字）

Answer 1

【答案】
（1）N2、H2被吸附在催化劑表面；在催化劑表面N2、H2中的化學(xué)鍵斷裂
（2）合成塔；利用余熱節(jié)約能源；鐵砂網(wǎng)（或鐵）；防止催化劑中毒；4NO+3O2+2H2O=4HNO3；使NO循環(huán)利用，全部轉(zhuǎn)化為硝酸；單獨(dú)的NO不能被吸收；甲烷比氨價(jià)格便宜；耗能高；54.4
【解析】解：（1）圖②中兩種雙原子分子被吸附在催化劑表面，即N2、H2被吸附在催化劑表面；③中分子中的化學(xué)鍵斷裂生成原子，即在催化劑表面N2、H2中的化學(xué)鍵斷裂生成N原子和H原子，所以答案是：N2、H2被吸附在催化劑表面；在催化劑表面N2、H2中的化學(xué)鍵斷裂；
·（2）（I）合成氨的工業(yè)設(shè)備是合成塔；合成氨的反應(yīng)屬于放熱反應(yīng)，反應(yīng)過(guò)程中會(huì)放出大量的熱，用熱交換器可以充分利用余熱，節(jié)約能源；N2與H2合成NH3所用的催化劑是鐵砂網(wǎng)；生產(chǎn)中原料氣必須進(jìn)行脫硫的目的是防止催化劑中毒，
所以答案是：合成塔；利用余熱，節(jié)約能源；鐵砂網(wǎng)；防止催化劑中毒；（II）在吸收塔中二氧化氮與水反應(yīng)生成硝酸和NO，通入空氣，NO能被空氣中的氧氣氧化為二氧化氮，二氧化氮再與水反應(yīng)生成硝酸，這樣使NO循環(huán)利用，全部轉(zhuǎn)化為硝酸，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：4NO+3O2+2H2O=4HNO3 ，
所以答案是：4NO+3O2+2H2O=4HNO3；使NO循環(huán)利用，全部轉(zhuǎn)化為硝酸；（III）方法一最大的缺點(diǎn)是單獨(dú)的NO不能被吸收，只能與NO2一起被堿液吸收；方法三和方法二相比，優(yōu)點(diǎn)是甲烷比氨價(jià)格便宜，節(jié)約成本；缺點(diǎn)是方法三的反應(yīng)熱為+867kJmol﹣1 ， 耗能較高，
所以答案是：?jiǎn)为?dú)的NO不能被吸收；甲烷比氨價(jià)格便宜；耗能高；（IV）由NH3制NO的產(chǎn)率是94%、NO制HNO3的產(chǎn)率是89%，根據(jù)氮原子守恒可知，NH3～NO～HNO3 ， 則1mol氨氣可得到硝酸1mol×94%×89%=0.8366mol，由HNO3+NH3═NH4NO3 ， 則該反應(yīng)消耗的氨氣的物質(zhì)的量為0.8366mol，氨氣的質(zhì)量之比等于物質(zhì)的量之比，
則制HNO3所用去的NH3的質(zhì)量占總耗NH3質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)為： ×100%=54.4%，即制HNO3所用去的NH3的質(zhì)量占總耗NH3質(zhì)量的54.4%，
所以答案是：54.4．