Question

14．I、污水经过一级、二级处理后，还含有少量Cu²⁺、Hg²⁺、Pb²⁺等重金属离子，可加入沉淀剂使其沉淀．下列物质不能作为沉淀剂的是AC
A．氨水      B．硫化氢气体     C．硫酸钠溶液        D．纯碱溶液
II、合成氨的流程示意图如图：

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液化分馏，与碳反应除去O₂；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C+H₂OH₂+CO，CH₄+H₂O3H₂+CO；
（2）设备A中含有电加热器、触煤和热交换器，设备A的名称合成塔，其中发生的化学反应方程式为；
（3）设备B的名称冷却塔，其中m和n是两个通水口，入水口是n（填“m”或“n”）．不宜从相反方向通水的原因高温气体由冷却塔的上端进入，冷却水从下端进入，逆向冷却效果好；
（4）设备C的作用将液氨与未反应的原料气分离；
（5）在原料气制备过程中混有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c（H₂O）：c（CO）不低于13.8．

Answer 1

分析 Ⅰ各项所加试剂均应过量才符合题目要求，A项溶液形成络离子，B项生成硫化铜、硫化汞、硫化铅等沉淀，C项硫酸铜不是沉淀，D项均能通过双水解调节pH转化为沉淀；
Ⅱ（1）分离空气提取氮气的方法有两种，以上液化、分馏空气，另一种为空气与碳反应生成二氧化碳，反应后除去二氧化碳气体；制取氢气可用碳和水反应或甲烷与水反应；
（2）合成氨的设备为合成塔，发生N₂（g）+3H₂（g）$\frac{\underline{\;\;催化剂\;\;}}{高温高压}$2NH₃（g）；
（3）冷凝分离设备为冷凝塔或冷凝器；水流和气流方向应逆向；
（4）分离器用来分离液氨和原料气；
（5）根据平衡常数用三段式法计算．

解答 解：ⅠA．加入氨水，易形成络离子，不能生成沉淀，故A错误；
B．加入硫化氢气体，生成硫化铜、硫化汞、硫化铅等沉淀，故B正确；
C．不能使Cu²⁺生成沉淀，故C错误；
D．均能通过双水解调节pH转化为沉淀，故D正确．
故答案为：AC；
Ⅱ（1）分离空气提取氮气的方法有两种，以上液化、分馏空气，另一种为空气与碳反应生成二氧化碳，反应后除去二氧化碳气体；C和水反应的方程式为C+H₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$CO+H₂，甲烷与水反应的方程式为CH₄+H₂O$\frac{\underline{催化剂}}{△}$CO+3H₂，
故答案为：液化、分馏；与碳反应后除去CO₂；C+H₂O$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$CO+H₂；CH₄+H₂O$\frac{\underline{催化剂}}{△}$CO+3H₂；
（2）合成氨的设备为合成塔，发生N₂（g）+3H₂（g）$\frac{\underline{\;\;催化剂\;\;}}{高温高压}$2NH₃（g），
故答案为：合成（氨）塔；N₂（g）+3H₂（g）$\frac{\underline{\;\;催化剂\;\;}}{高温高压}$ 2NH₃（g）；
（3）冷凝分离设备为冷凝塔或冷凝器，水流和气流方向应逆向，则入水口是n，高温气体由冷凝塔上端进入，冷凝水从下端进入，可使冷水充满冷凝器，逆向冷凝效果好，
故答案为：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）分离器用来分离液氨和原料气，故答案为：将液氨与未反应的原料气分离；
（5）设CO的起始浓度为xmol，H₂O的起始浓度为ymol，则转化的CO的最小值为0.9x，
     CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
起始   x      y        0     0
变化  0.9x   0.9x      0.9x   0.9x
平衡  0.1x  y-0.9x      0.9x   0.9x，
根据平衡常数列式：$\frac{（0.9x）^{2}}{0.1x×（y-0.9x）}$=0.627，
解得：$\frac{y}{x}$=13.8，故此只要此值大于13.8，转化率就会超过90%．
故答案为：13.8．

点评 本题综合考查工业合成氨知识，涉及物质的分离、化学平衡的等问题，题目难度中等，注意把握物质的性质，根据性质选择分离方法，易错点为（5），注意利用三段式法计算较为直观．