Question

在氨的工业合成中，有三个关键的技术问题，请结合所学知识解决它们。

(1)合成氨的化学原理是N₂＋3H₂??2NH₃，在工业上选择20～50 MPa的较高压强和450 ℃左右的温度来进行反应，请结合有关的化学原理解释。

(2)在生产过程中需要大量氢气，现有以下几种获得氢气的方法，请你选出最适宜的，并说明理由。

A．电解水制取氢气

B．由煤或焦炭来制取氢气：煤或焦炭经加热，炽热的炭与水蒸气反应生成氢气

C．由天然气或重油制取氢气：天然气的主要成分甲烷在高温、催化剂的作用下与水蒸气反应生成氢气和一氧化碳；一氧化碳在催化剂存在的条件下与水蒸气反应得到氢气和二氧化碳

(3)合成氨的生产工艺流程：首先用适当的方法生产出合成氨的原料气——氮气和氢气。氮气和氢气的混合气体在合成塔中于一定条件下，通过催化剂的作用产生氨气，再通过氨分离器不断地把生成的氨分离出来，同时未转化的反应气体再进入合成塔循环加工。这就是合成氨的工艺流程。请根据这一描述过程画出流程方框图。

 

Answer 1

【答案】

(1)选择450 ℃左右的温度是因为温度太高，平衡混合物中氨的含量太低；温度太低，则化学反应速率太小。而且500 ℃左右催化剂活性最大。选择20～50 MPa的较高压强是因为增大压强，平衡混合物中氨的含量增加，但对设备的材料质量和制造水平要求更高，能量消耗也更大。

(2)C　天然气作为洁净燃料，便于管道输送，用做合成氨的原料具有投资省、能耗低的优点。

(3)

【解析】

试题分析：合成氨的三大技术是①原料气的经济来源；②合成氨条件的选择；③合成氨工艺，如何循环利用未反应的N₂和H₂。要充分利用所学原理如原子经济性及平衡移动原理来解决实际问题。

考点：考查合成氨原理的应用、判断以及实验方案的设计和评价

点评：该题是中等难度的试题，试题综合性强，注重灵活性，试题难易适中。有利于培养学生的逻辑思维能力和发散思维能力，也有利于巩固学生分析问题、解决问题的能力。