- 硝酸在化学工业上的应用
- 共70题
下列关于工业生产过程的叙述正确的是（ ）
正确答案
解析
解：A．联合制碱法中二氧化碳被循环利用，而氨气没有被循环利用，故A错误；
B．增大压强对SO2的转化率影响不大，同时增大成本，故通常采取采用常压而不是高压，故B错误；
C．合成氨生产过程中将NH3液化分离，导致反应物浓度减小，逆反应速率减小，则平衡向着正向移动，从而提高了N2、H2的转化率，故C错误；
D．降低生铁中含有含碳量，需要加入氧化剂将生铁中过多的碳和其他杂质氧化成气体或炉渣除去，故D正确；
故选D．
（1）氨气催化氧化的化学方程式为______
（2）某工厂排出的尾气中NOx的含量为0.56%（体积分数），用氨气可以将其转化为无害气体，发生的反应为：6NOx+4xNH3=（3+2x）N2+6xH2O 若处理1×104L（标准状况）该尾气需42.5gNH3，则x=______．
（3）NO和CO都是汽车尾气中的有害物质，必须进行处理．为避免污染，常给汽车安装尾气净化装置．净化装置里装有催化剂，气体在催化剂表面吸附与解吸作用的机理如右图所示．写出净化过程中的总化学反应方程式：______．
正确答案
解析
解：（1）NH3与过量O2在催化剂、加热条件下发生反应生成一氧化氮和水，反应方程为：4NH3+5O2
故答案为：4NH3+5O2
（2）1×104L尾气中NOx的体积为：1×104L×0.56%=56L，标准状况下NOx的物质的量为
故答案为：1.5；
（3）由图可知，NO2为中间产物，反应物为NO、O2、CO，产物为CO2、N2，反应方程式为2NO+O2+4CO=4CO2+N2；
故答案为：2NO+O2+4CO
（2015秋•上海月考）硝酸与合成氨工业密切相关，氨氧化法是工业生产中制取硝酸的主要途径．
完成下列计算：
（1）合成氨时，假设100L的氮气与氢气（体积比为1：3）的混合气体通过氨合成塔充分反应后，体积变为90L，则氮气的转化率为______．（写出计算过程，计算结果请用百分数表示）
（2）标准状况下，将500L氨气溶于1L水中形成氨水，则此氨水质量分数为______．（写出计算过程，计算结果请用百分数表示，并保留1位小数）
（3）氨氧化法是将氨和空气的混合气通过灼热的铂铑合金网，在合金网的催化下，氨被氧化成一氧化氮（NO）．此时温度很高，水以水蒸气的形式存在，NO也不与O2反应．若氨气与氧气物质的量之比为1：1.7时，氨的转化率可达95%，计算反应后NO的体积分数______．（设氧气在空气中的体积分数为20%，写出计算过程，计算结果请用百分数表示并保留1位小数）
（4）一氧化氮继续氧化为二氧化氮，二氧化氮溶于水可得硝酸．为测定某18K金样品的组成，将2.832g样品粉碎后投入足量的浓硝酸中，充分溶解后，收集到NO2和N2O4的混合气体224mL（折算至标准状况，下同），将该混合气体与84mL O2混合后缓缓通入水中，恰好被完全吸收．（ 已知金不溶于浓硝酸）
填写该18K金的成分表（写出计算过程，计算结果请用百分数表示并保留1位小数，若不含该金属则填0）．
正确答案
解析
解：（1）根据反应方程式N2+3H2⇌2NH3△V，
1 2
V变 100-90
所以V变=
所以转化率为=
故答案为：20%；
（2）n=
（3）由反应4NH3+5O2⇌4NO+6H2O（g），设氧气的体积为1.7，所以空气体积为：8.5，氨气体积为1，氨的转化率可达95%，所以反应的氨气体积为0.95，由反应方程式可知生成一氧化氮的体积为0.95，增加的体积为：
（4）合金中其它金属的质量=2.832g×（1-75%）=0.708g，
假设与硝酸反应的金属全部是银，则银的质量=
假设与硝酸反应的金属全部是铜，则铜的质量=
则合金中还有Cu和Ag，
设银的质量为m，则铜的质量=0.708-m，根据转移电子守恒得
m=0.324g，银的质量分数=
则铜的质量分数=25%-11.44%=13.56%，
故答案为：Ag：11.44%；Cu：13.56%．
硝酸的工业制法是用氨氧化法制取，其法以氨和空气为原料，在催化剂的作用下，最后在吸收塔中用水吸收制取硝酸．其具体的工艺流程如下：
请回答下列问题：
（1）从吸收塔中出来的硝酸浓度大约是50%，不能直接用于军工、染料等工业，必须将其进入蒸馏塔制成98%以上的浓硝酸．某中学实验小组，在实验室模拟蒸馏塔中对稀硝酸蒸馏时应注意选择适宜的条件是______．原因是______．（请用化学方程式解释之）
（2）在氧化炉中只发生主反应①和副反应②
4NH3（g）+5O2（g）⇌4NO（g）+6H2O（g）；△H=-905kJ•mol-1①
4NH3（g）+3O2（g）⇌2N2（g）+6H2O（g）；△H=-1268kJ•mol-1②
试写出N2氧化为NO的热化学方程式______；
（3）在氧化炉中催化氧化时，有关物质的产率与温度的关系如下图：
据图可知工业上氨催化氧化生成NO时，应该控制温度在______左右，该反应所使用的催化剂是______．
温度高于900℃时，NO产率下降的可能原因是______
______．
（4）从氧化炉中出来的气体为什么不直接进入吸收塔，而是进入热交换器？这样做的优点是______．
（5）下列措施可提高氨催化氧化生成NO的产率的是______．
A．降低反应体系的压强 B．实际生产中采用物料比n（O2）/n（NH3）为1.7～2.0
C．研究开发使用效果更好的催化剂 D．升高反应体系的温度．
正确答案
解析
解：（1）硝酸热稳定性差，见光或受热分解4HNO3
故答案为：在低温条件下；4HNO3
（2）由盖斯定律，（①-②）×
故答案为：N2（g）+O2（g）═2NO（g）△H=+181.5 kJ•mol-1；
（3）从图象可以看在，反应温度在780～840℃，NO的产率最大，故选择800℃左右，该反应所使用的催化剂是铂或铂铑合金，
故答案为：800℃；铂或铂铑合金；
①4NH3（g）+5O2（g）⇌4NO（g）+6H2O（g）；△H=-905kJ•mol-1该反应是放热反应，温度升高平衡向逆反应方向移动，NO产率下降，
故答案为：由于生成NO的反应是放热反应，温度升高平衡向逆反应方向移动，故转化率降低；
②由图可知，温度高于900℃时，4NH3+3O2⇌2N2+6H2O，生成N2的副反应增多，NO产率下降，
故答案为：由图可知，温度高于900℃时，生成N2的副反应增多．故NO产率降低；
（4）2NO+O2=2NO2，该反应是放热反应，从氧化炉中出来的气体进入热交换器，这样做既可以降低NO和O2混合气的温度，又可以预热NH3和空气，达到节约能源的目的，
故答案为：这样做既可以降低NO和O2混合气的温度，又可以预热NH3和空气，达到节约能源的目的；
（5）4NH3（g）+5O2（g）⇌4NO（g）+6H2O（g）；△H=-905kJ•mol-1该反应是气体体积增大的、放热的反应，为了提高氨催化氧化生成NO的产率，需使化学平衡向正反应方向移动，可采取减小压强、降低温度、增大NH3的浓度，
故答案为：A、B；
硝酸铵是一种重要的工业产品，某工厂制备硝酸铵的流程图如下．请回答下列问题：
（1）在上述工业制硝酸的生产中，B设 备的名称是______，其中发生反应的化学方程式为______．
（2）1909年化学家哈伯在实验室首次合成了氨，2007年诺贝尔化学奖获得者格哈德•埃持尔在哈伯研究基础上证实了氨气与氮气在固体催化剂表面合成氨的反应过程，示意图如图2：
已知图⑤表示生成的NH3离开催化剂表面，图②和图③的含义分别是______．
（3）在合成氨的设备（合成塔）中，设置热交换器的目的是______；在合成硝酸的吸收塔中通入空气的目的是______．
（4）若用NH3制取NO的转化率为96%，NO转化则制取HNO3的氨占全部氨的物质的量分数为______．
正确答案
解析
解：（1）B中氨气被催化氧化生成一氧化氮，反应的化学方程式为：4NH3+5O2
故答案为：氧化炉（或氧化器）；4NH3+5O2
（2）氮气、氢气在催化剂表面合成氨反应过程的顺序为：图①氮气分子和氢气分子向催化剂表面靠近，图②氮气和氢气吸附在催化剂的表面，图③在催化剂的作用下分解成氢原子和氮原子，图④表示氮原子与氢原子重新结合成氨分子，图⑤生成的氨气离开催化剂表面，
故答案为：N2、H2被吸附在催化剂表面；在催化剂表面，N2、H2中化学键断裂；
（3）合成氨的反应属于放热反应，反应过程中会放出大量的热，用热交换器可以充分利用余热，节约能源；在吸收塔中二氧化氮与水反应生成硝酸和NO，通入空气，NO能被空气中的氧气氧化为二氧化氮，二氧化氮再与水反应生成硝酸，这样使NO循环利用，全部转化为硝酸；
故答案为：利用余热，节约能源；可使NO循环利用，全部转化成HNO3；
（4）由NH3制NO的产率是96%，根据氮原子守恒可知，NH3～NO～HNO3，则1mol氨气可得到硝酸1mol×96%=0.96mol，由HNO3+NH3═NH4NO3，则该反应消耗的氨气的物质的量为0.96mol，氨气的质量之比等于物质的量之比，则制HNO3所用去的NH3的质量占总耗NH3质量的百分数为：
故答案为：51%．
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