Question

【题目】下图为工业合成氨生产简易流程图：

回答下列问题：

（1）合成氨所需的氮气来源于__________；合成氨所需的原料气氢气可由天然气制备，其主要反应为CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g)；CH4和O2的反应：2CH4(g)+O2(g)=2CO(g)+4H2(g).CH4和H2O(g)及富氧空气(O2含量较高，不同富氧空气中氧气含量不同)混合反应，产物气体组成如下表：

计算该富氧空气中O2和N2的体积比V(O2):V(N2)=__________。

（2）在合成氨的原料气中混有的杂质必须除去的原因是__________；

上述流程中热交换器的作用是__________。从合成塔出来的混合气体，通常仅含有15%(体积分数)的氨。为提高原料的利用率，通常采取的措施是__________。

（3）合成氮为放热反应，但工业上采用400℃-500℃的温度，主要原因是：

①该温度范围内反应速率较快，②__________。

（4）氨可与CO2反应制备尿素(CO(NH2)2]，反应过程分为两步，试写出有关的化学方程式：

①氮气与二氧化碳在加热加压条件下化合生成氨基甲酸铵(H2NCOONH4):__________。

②氨基甲酸铵受热分解为尿素与水：__________。

（5）新法合成氨常采用电解法合成。即常压下将氢气和用氢气稀释的氮气分别通入一个加热到570℃的电解池中，氢气和氮气在电极上合成了氨，大大提高了氨的产率，新法合成氨所用的电解质能传导H+，则阴极的电极反应式为__________。

Answer 1

【答案】（1）空气；2:3

（2）防止催化剂中毒；热交换器是利用合成氨和氨冷凝放出的热量来加热原料气体或预热反应混合气；将N2，H2循环利用；

（3）该温度下催化剂的活性较大；

（4）2NH3+CO2H2NCOONH4，H2NCOONH4H2NCONH2+H2O

（5）N2+6H++6e-=2NH3

【解析】

试题分析：（1）合成氨所需的氮气来源于空气，

设H2O为xmol，O2为ymol，则

x+2y＝25，3x+4y＝60，解得：x=10，y=7.5，

V(O2):V(N2)＝=

故答案为：空气；；

（2）在合成氨的原料气中混有的杂质会使催化剂中毒，因此必须除去，流程中热交换器可以使合成氨和氨冷凝放出的热量用来加热原料气体或预热反应混合气；将N2，H2循环利用，可以提高原料的利用率，故答案为：防止催化剂中毒；热交换器是利用合成氨和氨冷凝放出的热量来加热原料气体或预热反应混合气；将N2，H2循环利用；

（3）合成氮为放热反应，但工业上采用400℃-500℃的温度，主要原因是：①该温度范围内反应速率较快，②该温度下催化剂的活性较大，故答案为：该温度下催化剂的活性较大；

（4）氨可与CO2反应制备尿素(CO(NH2)2]，①氮气与二氧化碳在加热加压条件下化合生成氨基甲酸铵(H2NCOONH4)，反应的方程式为2NH3+CO2H2NCOONH4，故答案为：2NH3+CO2H2NCOONH4；

②氨基甲酸铵受热分解为尿素与水，反应的方程式为H2NCOONH4H2NCONH2+H2O，故答案为：H2NCOONH4H2NCONH2+H2O；

（5）在电解池中，氢气和氮气在电极上合成了氨，总反应为N2+3H22NH3，阴极上发生还原反应，电极反应式为N2+6H++6e-=2NH3， 故答案为：N2+6H++6e-=2NH3。