Question

我国有丰富的天然气资源。以天然气为原料合成尿素的主要步骤如下图所示（图中某些转化步骤及生成物未列出）：

（1）“造合成气”发生的热化学方程式是CH₄(g)+H₂O(g) CO(g)+3H₂(g)；△H＞0

在恒温恒容的条件下，欲提高CH₄的反应速率和转化率，下列措施可行的是      。

A、增大压强    B、升高温度  C、充入He气    D、增大水蒸气浓度

（2）“转化一氧化碳”发生的方程式是H₂O(g) +CO(g) H₂(g)+CO₂(g)，该反应平衡常数随温度的变化如下：

温度/℃	400	500	800
平衡常数K	9.94	9	1

 

提高氢碳比[ n（H₂O）/n（CO）]，K值    （填“增大”、“不变”或“减小”）；若该反应在400℃时进行，起始通入等物质的量的H₂O和CO，反应进行到某一时刻时CO和CO₂的浓度比为1∶3，此时v（正）    v（逆）（填“＞”、“＝”或“＜”）。

（3）有关合成氨工业的说法中正确的是      。

A、该反应属于人工固氮

B、合成氨工业中使用催化剂能提高反应物的利用率

C、合成氨反应温度控制在500℃左右，目的是使化学平衡向正反应方向移动

D、合成氨工业采用循环操作的主要原因是为了加快反应速率

（4）生产尿素过程中，理论上n(NH₃)∶n(CO₂)的最佳配比为   ，而实际生产过程中，往往使n(NH₃)∶n(CO₂)≥3，这是因为      。

（5）当甲烷合成氨气的转化率为60％时，以3.0×10⁸ L甲烷为原料能够合成      L 氨气。（假设体积均在标准状况下测定）

 

Answer 1

【答案】

（1）B D  （选对1个得1分，只要选错得0分）

（2）不变；＞                  （3）A

（4）2:1；有利于提高CO₂的转化率，因为NH₃极易溶于水，便于分离、回收利用

（5）4.8×10⁸  

【解析】

试题分析：（1）A、增大压强，反应速率加快，平衡向逆反应方向移动，甲烷的转化率降低，故A错误；

B、升高温度，反应速率加快，平衡向正反应方向移动，甲烷的转化率增大，故B正确；

C、充入He气，反应混合物的浓度不变，反应速率不变，平衡不移动，甲烷的转化率不变，故C错误；

D、增大水蒸气浓度，反应速率加快，平衡向逆反应方向移动，甲烷的转化率增大，故D正确；

故答案为：BD；

（2）平衡常数只受温度影响，与反应物的浓度无关，提高氢碳比（2）平衡常数只受温度影响，与反应物的浓度无关，提高氢碳比，K值不变；

令开始H₂O和CO的物质的量都是1mol，某一时刻时CO和CO₂的浓度比为1：3，设此时参加反应CO为xmol，则（1-x）：x=1：3，解得x=0.75，则：

          H₂O（g）+CO（g）H₂（g）+CO₂（g），

开始（mol）：1       1        0      0

变化（mol）：0.75    0.75     0.75   0.75

某时刻（mol）：0.25    0.25     0.75   0.75

故产生浓度商Qc=＜9.94，反应向正反应进行，故v（正）＞v（逆），

故答案为：不变；＞；

（3）A．固氮指由游离态的氮转化为化合态的氮，合成氨属于人工固氮，故A正确；

B．催化剂加快反应速率，不能影响平衡移动，不能提高反应物的利用率，故B错误；

C．该反应正反应是放热反应，高温不利用氨气的合成，合成氨反应温度控制在500℃左右，在该温度下反应速率较快、催化剂活性较高，故C错误；

D．合成氨工业采用循环操作，目的是提高原料的利用率，故D错误；

故答案为：A；

（4）根据尿素的化学式CO（NH₂）2，C、N原子完全利用最后，由C、N原子守恒可知生产尿素过程中，理论上n（NH₃）：n（CO₂）的最佳配比为2：1；

往往使n（NH₃）：n（CO₂）≥3，这是由于：有利于提高CO₂的转化率，且NH₃极易溶于水，便于分离、回收利用；

故答案为：2：1；有利于提高CO₂的转化率，且NH₃极易溶于水，便于分离、回收利用；

（5）由CH₄（g）+H₂O（g）CO（g）+3H₂（g），N₂（g）+3H₂（g）2NH₃（g），可得CH₄（g）～3H₂（g）～2NH₃（g），设能够合成氨气的体积为VL，则：

CH₄（g）～3H₂（g）～2NH₃（g），

1                    2

3.0×10⁸L×60%        VL

故V=3.0×10⁸L×60%×2=3.6×10⁸L

合成气的反应中：CH₄     ～      CO     ～     3H₂，

3.0×10⁸L×60%     3.0×10⁸L×60%    3.0×10⁸L×60%×3

分离二氧化碳过程生成的H₂体积：CO     ～      H₂，

                         3.0×10⁸L×60%    3.0×10⁸L×60%   

所以产生的氢气的总体积为3.0×10⁸L×60%×3+3.0×10⁸L×60%=12×10⁸L×60%

令产生氨气的体积为V，则：

3H₂         ～     2NH₃

3                    2

12×10⁸L×60%         V

故V=12×10⁸L×60%×2/3

=4.8×10⁸L

故答案为：4.8×10⁸．

考点：化学平衡的影响因素；化学平衡的调控作用