Question

【題目】2007年度諾貝爾化學獎授予致力于研究氨的合成與催化劑表面積大小關系的德國科學家格哈德埃特爾，以表彰他在“固體表面化學過程”研究中作出的貢獻．他研究的氫氣與氮氣在固體催化劑表面合成氨的反應過程示意圖如下：

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

請回答下列問題：
（I）此生產過程中，N2與H2合成NH3工業設備名稱是；設備中，設置熱交換器的目的是；合成氨過程中所用的催化劑是 ． 生產中原料氣必須進行脫硫處理的目的是 ．
（II）在合成硝酸的吸收塔中發生反應的化學方程式是；通入空氣的目的是 ．
（III）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）
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）
上述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 ．
（IV）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所用去的NH3的質量占總耗NH3質量（不考慮其它損耗）的%．（保留三位有效數字）

Answer 1

【答案】
（1）N2、H2被吸附在催化劑表面；在催化劑表面N2、H2中的化學鍵斷裂
（2）合成塔；利用余熱節約能源；鐵砂網（或鐵）；防止催化劑中毒；4NO+3O2+2H2O=4HNO3；使NO循環利用，全部轉化為硝酸；單獨的NO不能被吸收；甲烷比氨價格便宜；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中分子中的化學鍵斷裂生成原子，即在催化劑表面N2、H2中的化學鍵斷裂生成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中的化學鍵斷裂；
·（2）（I）合成氨的工業設備是合成塔；合成氨的反應屬于放熱反應，反應過程中會放出大量的熱，用熱交換器可以充分利用余熱，節約能源；N2與H2合成NH3所用的催化劑是鐵砂網；生產中原料氣必須進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，節約能源；鐵砂網；防止催化劑中毒；（II）在吸收塔中二氧化氮與水反應生成硝酸和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生成硝酸，這樣使NO循環利用，全部轉化為硝酸，反應的化學方程式為：4NO+3O2+2H2O=4HNO3 ，
所以答案是：4NO+3O2+2H2O=4HNO3；使NO循環利用，全部轉化為硝酸；（III）方法一最大的缺點是單獨的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，優點是甲烷比氨價格便宜，節約成本；缺點是方法三的反應熱為+867kJmol﹣1 ， 耗能較高，
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；（IV）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氨氣可得到硝酸1mol×94%×89%=0.8366mol，由HNO3+NH3═NH4NO3 ， 則該反應消耗的氨氣的物質的量為0.8366mol，氨氣的質量之比等于物質的量之比，
則制HNO3所用去的NH3的質量占總耗NH3質量的百分數為： ×100%=54.4%，即制HNO3所用去的NH3的質量占總耗NH3質量的54.4%，
所以答案是：54.4．