Question

【化学——选修2化学与技术】

合成氨的流程示意图如下：

回答下列问题：

（1）工业合成氨的原料是氮气和氢气。氮气是从空气中分离出来的，通常使用的两种分离方法是           ，             ；氢气的来源是水和碳氢化合物，写出分别采用煤和天然气为原料制取氢气的化学反应方程式               ，                   。

（2）设备A中含有加热器，触媒和热交换器，设备A的名称是      ，其中发生的化学反应方程式为                      。

（3）设备B的名称是          ，其中m和n是两个通水口，入水口是       （填“m”或“n”），不宜从相反方向通水的原因是                 。

（4）设备C的作用是                          。

（5）在原料气制备过程中混有的CO对催化剂有毒害作用，欲除去原料气中的CO，可通过如下反应来实现：CO(g)+H₂O(g)CO₂(g)+H₂(g)，已知1000K时该反应的平衡常数K=0.627，若要使CO的转化超过90%，则起始物中不低于              。

Answer

（1）液化、分馏 ； 与碳反应后除去CO2；C+H2OCO+H2 ；CH4+H2OCO+3H2；

（2）合成（氨）塔；N2（g）+3H2（g）2NH3（g）；

（3）冷凝塔或冷凝器；n；高温气体由冷凝塔上端进入，冷凝水从下端进入，逆向冷凝效果好；

（4）将液氨与未反应的原料气分离 ；

（5）13.8．

【解析】

试题分析：（1）利用空气中氮气的沸点比氧气的沸点低，先将空气加压降温变成液态，然后再加热，使氮气首先从液态空气中蒸发出来，留下的就是液态氧气，所以分离方法是液化和分馏；另一种方法是将空气与C反应后除去CO2，采用煤和天然气制备H2的化学方程式分别为：C+H2OCO+H2 ；CH4+H2OCO+3H2；

（2）合成氨的设备为合成塔；发生的反应是N2(g)+3H2(g)2NH3（g）；

（3）冷凝分离氨气的设备为冷凝塔；为了增强冷却效果，冷却水应从下端进入，逆向冷却效果好，即入水口是n；高温气体由冷凝塔上端进入，冷凝水从下端进入，逆向冷凝效果好，所以不宜从相反方向通水。

（4）设备C是分离器，能将液氨与未反应的原料气分离；

（5）设CO、H2O的起始浓度分别为x mol·L－1、y mol·L－1，且CO的转化率为90%，则

CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g)

起始浓度(mol·L－1) x y 0  0

转化浓度(mol·L－1) 0.9x 0.9x 0.9x 0.9x

平衡浓度(mol·L－1) 0.1x y－0.9x 0.9x 0.9x

K=＝0.627，得：y/x ≈13.8，即起始物中c(H2O):c(CO)不低于13.8。

考点：考查合成氨的工艺流程分析。