Question

【題目】合成氨是人類科學技術上的一項重大突破，其反應原理為：△H=-92.4kJ·L-1，一種工業合成氨的簡易流程圖如下：

（1）步驟II中制氯氣原理如下：

I. △H=+206.4kJ·L-1

II. △H=-41.2kJ·L-1

①對于反應I，一定可以提高平衡體系中H2百分含量，又能加快反應速率的是____________________。

a.升高溫度 b.增大水蒸氣濃度 c.加入催化劑 d.降低壓強

②利用反應II，將CO進一步轉化，可提高H2產量。若1mol CO和H2的混合氣體（CO的體積分數為20%）與H2O反應，得到1.18molCO、CO2和H2的混合氣體，則CO轉化率為_______________。

（2）圖1表示500℃、60.0Mpa條件下，原料氣投料比平衡時NH3體積分數的關系。根據圖中a點數據計算N2的平衡體積分數：________。

（3）上述流程圖中，使合成氨氣放出的能量得到充分利用的主要步驟是（填序號）________。簡述本流程中提高合成氨原料總轉化率的方法：_______________。

Answer 1

【答案】a 90% 14.5% Ⅳ 對原料氣加壓，分離液氨，未反應的氮氣和氫氣循環使用

【解析】

天然氣脫硫后得到純凈的甲烷，甲烷與水蒸氣反應生成H2和CO，為了得到更多的H2，CO又與水蒸氣反應，生成的H2再加入N2后經過加壓，利用合成氨放出的熱量進行預熱處理，再在合成塔里反應，反應后經過熱交換后分離出液氨，剩余的混合氣體N2和H2循環使用。

⑴①a. 升高溫度，速率加快，平衡向吸熱反應即正向移動，氫氣百分含量增大；b. 增大水蒸氣濃度，反應速率加快，平衡正向移動，雖然氫氣量增加，但平衡移動是微弱的，總的體積增加的多，氫氣百分含量減少；c. 加入催化劑，速率加快，平衡不移動，氫氣百分含量不變；d. 降低壓強，速率減慢；②建立三段式并根據題意解答。

⑵假設氮氣物質的量為1mol，氫氣物質的量為3mol，建立三段式并根據題意列出關系式，最后計算N2的平衡體積分數。

⑴①a. 升高溫度，速率加快，平衡向吸熱反應即正向移動，氫氣百分含量增大，故a符合題意；b. 增大水蒸氣濃度，反應速率加快，平衡正向移動，雖然氫氣量增加，但平衡移動是微弱的，總的體積增加的多，氫氣百分含量減少，故b不符合題意；c. 加入催化劑，速率加快，平衡不移動，氫氣百分含量不變，故c不符合題意；d. 降低壓強，速率減慢，故d不符合題意；綜上所述，答案為a。

②

0.2x+x+0.8+x =1.18，則x =0.18，則CO轉化率為；故答案為：90%。

⑵假設氮氣物質的量為1mol，氫氣物質的量為3mol，建立三段式，，解得x=0.591，N2的平衡體積分數為；故答案為：14.5%。

⑶上述流程圖中，使合成氨氣放出的能量得到充分利用是將放出的熱量用于原料氣預熱，主要步驟是IV。該反應是體積減小的反應，因此加壓可提高合成氨原料總轉化率，分離液氨，未反應的氮氣和氫氣循環使用提高原料利用率，因此本流程中提高合成氨原料總轉化率的方法主要是對原料氣加壓，分離液氨，未反應的氮氣和氫氣循環使用；故答案為：IV；對原料氣加壓，分離液氨，未反應的氮氣和氫氣循環使用。