Question

某工厂以天然气、水蒸气和空气为原料和能源合成氨的流程如右图：

该流程中外热式一级烃转化器系指以 CH₄为燃料在烃气转化器外面加热使之维持 800⁰C高温的工业装置。内热式一级烃气转化器系指以H₂在装置内燃烧为能量维护一级烃气转化器所生成的CO与H₂O(g)反应生成CO₂和H₂所需1000⁰C高温的装置。在编号为i－v的反应器中发生如下反应：

A．CH4+2O2＝CO2 +2H2O	B．CH4+H2O(g)＝CO +3H2
C．2CH4+3H2O(g)＝CO + CO2 +7H2	D．K2CO3+CO2 +H2O＝2KHCO3

E．CO+ H₂O(g)CO₂ + H₂ΔH＜0     F．2H₂ +O₂＝2H₂O
（1）反应A发生在编号为______的反应器中，它的作用是_______________________________。
（2）反应F发生在编号为____________的反应器中。
（3）反应D的作用是____________。
（4）属于制备合成氨原料气的反应有______(填化学方程式编号）。
（5）为什么转化反应要分两步——第一步在400⁰C时进行,第二步在200 ⁰C时进行？
________________________________________________________________________________。

Answer 1

（1） ⅰ 2分   该反应放出的热量使反应C在800℃下进行 2分 （2） ⅱ 2分
（3） 除去混合气体中的CO₂    2分 （4） B、C、E  3分
（5） 400℃时能加快反应E的速率,缩短达到平衡所需要的时间 2分；又因该反应是放热反应,故在200℃时有利于提高CO的转化率 2分

试题分析：（1）由于外热式一级烃转化器系指以 CH₄为燃料在烃气转化器外面加热使之维持 800⁰C高温的工业装置，即容器ⅰ中是以甲烷燃烧为提供能量的装置，所以反应A发生容器ⅰ中，其作用是该反应放出的热量使反应C在800℃下进行。
（2）由于内热式一级烃气转化器系指以H₂在装置内燃烧为能量维护一级烃气转化器所生成的CO与H₂O(g)反应生成CO₂和H₂所需1000⁰C高温的装置，即该装置是以氢气燃烧提供能量，所以反应F发生在容器ⅱ中。
（3）由于碳酸钾可以吸收CO₂，因此反应D的作用是除去混合气体中的CO₂。
（4）合成氨需要的原料是氢气与氨气，而反应B、C、E中均有氢气生成，所以属于制备合成氨原料气的反应有B、C、E。
（5）由于温度高反应速率快，到达平衡的时间少。所以分两步进行的原因是400℃时能加快反应E的速率,缩短达到平衡所需要的时间；又因该反应是放热反应，降低温度有利于平衡向正反应方向进行，故在200℃时有利于提高CO的转化率。