Question

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

 

，

 

；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

 

，

 

．
（2）设备A中含有电加热器、触煤和热交换器，设备A的名称

 

，其中发生的化学反应方程式为

 

．
（3）设备B的名称

 

，其中m和n是两个通水口，入水口是

 

（填“m”或“n”）．不宜从相反方向通水的原因

 

．
（4）设备C的作用

 

；
（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

 

．

Answer 1

考点：工业合成氨

专题：

分析：（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）

高温高压

催化剂

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：（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+H₂O

高温  .

CO+H₂，甲烷与水反应的方程式为CH₄+H₂O

催化剂 .

△

CO+3H₂，
故答案为：液化、分馏；与碳反应后除去CO₂；C+H₂O

高温  .

CO+H₂；CH₄+H₂O

催化剂 .

△

CO+3H₂；
（2）合成氨的设备为合成塔，发生N₂（g）+3H₂（g）

高温高压

催化剂

2NH₃（g），
故答案为：合成（氨）塔；N₂（g）+3H₂（g）

高温高压

催化剂

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：

(0.9x)2

0.1x(y-0.9x)

=0.627，
解得：

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，题目难度较大，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．