Question

【題目】合成氨生產技術的創立開辟了人工固氮的途徑，對化學工業技術也產生了重大影響．利用N2和H2合成氨，目前工業的生產條件為：催化劑（鐵觸媒），溫度（400～500℃），壓強（30～50MPa），如圖為流程示意圖：

請回答下列問題：

（1）工業合成氨的原料是氮氣和氫氣．氮氣是從空氣中分離出來的，通常使用的兩種分離方法是__________，__________；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A中含有電加熱器、鐵觸煤和熱交換器，設備A的名稱__________，其中發生的化學反應方程式為__________；實際生產中采用400～500℃的高溫，原因之一是__________，原因之二是__________。

（3）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是__________；

（4）設備C的作用__________；

（5）在原料氣制備過程中混有CO對催化劑有毒害作用，欲除去原料氣中的CO，可通過如下反應來實現：CO（g）+H2O（g）CO2（g）+H2（g），已知1000K時該反應的平衡常數K=1，若要使CO的轉化超過90%，則起始物中c（H2O）:c（CO）不低于__________。

Answer 1

【答案】

（1）液化、分餾 與碳反應后除去CO2

C+H2OCO+H2 CH4+H2OCO+3H2

（2）合成（氨）塔 N2+3H22NH3(必須注明反應條件）

溫度太低，反應速率慢，溫度太高，平衡逆向移動；在400～500℃時催化劑的活性最高

（3）冷卻塔（或冷凝器） n 高溫氣體由冷卻塔的上端進入，冷卻水從下端進入，逆向冷卻效果好

（4）將液氨與未反應的原料氣分離

（5）9

【解析】

試題分析：（1）分離空氣提取氮氣的方法有兩種，以上液化、分餾空氣，另一種為空氣與碳反應生成二氧化碳，反應后除去二氧化碳氣體；C和水反應的方程式為C+H2OCO+H2，甲烷與水反應的方程式為CH4+H2OCO+3H2，故答案為：液化、分餾；與碳反應后除去CO2；C+H2OCO+H2；CH4+H2OCO+3H2；

（2）合成氨的設備為合成塔，發生N2（g）+3H2（g）2NH3（g），實際生產中采用400～500℃的高溫，原因之一是考慮到催化劑的催化活性，升高溫度雖然不利于平衡向正反應方向移動，但能增大反應速率，縮短達到平衡的時間，這是原因之二，故答案為：合成(氨)塔；N2(g)+3H2(g)2NH3(g)；催化劑的催化活性；增加反應速率，縮短達到平衡的時間；

（3）冷凝分離設備為冷凝塔或冷凝器，水流和氣流方向應逆向，則入水口是n，高溫氣體由冷凝塔上端進入，冷凝水從下端進入，可使冷水充滿冷凝器，逆向冷凝效果好，故答案為：冷凝塔或冷凝器；n；高溫氣體由冷凝塔上端進入，冷凝水從下端進入，逆向冷凝效果好；

（4）分離器用來分離液氨和原料氣，故答案為：將液氨與未反應的原料氣分離；

（5）設CO、H2O起始物質的量濃度分別為x和y，按CO的轉化率為90%計算，則

　　　 　CO（g)　+　H2O（g)CO2(g)　+　H2(g)

起始濃度：　　x　　　 　y　　　　 　0　 　　　0

轉化濃度： 0.9x 0.9x 0.9x 0.9x

平衡濃度： 0.1x 0.9x 0.9x

根據，求得。只要y∶x不低于9，CO的轉化率便會超過90%。故答案為：9。