Question

合成氨联产二甲醚是一项具有中国特色的化工工艺，具有节能环保，其主要工艺流程如下：

已知造气时，主要发生的反应有：CH₄+H₂O→CO+3H₂…①；2CH₄+O₂→2CO+4H₂…②．
CO、CO₂均可与H₂合成甲醇，合成甲醇后排出的醇后气中有很少量的CO、CO₂，需与H₂转化为甲烷，防止CO使合成氨催化剂中毒．
（1）NH₃（g）→NH₃（l）△H

 

0 （填：“＞”、“＜”或“=”，下同）；△S

 

0．
（2）相同体积的天然气，采用“合成氨同时联产二甲醚”和直接合成氨相比，新工艺优越性有

 

．
（a）减少二氧化硫排放　（b）适应低碳经济
（c）可提高氮肥产量　  （d）资源综合利用率和经济效益高
（3）在催化剂、高温、高压下，CO₂转化为甲烷的化学方程式为

 

．
（4）假定造气时产生的转化气中不含CO₂，H₂与CO物质的量之比为2.2，空气由80%N₂和20%O₂组成，天然气中CH₄为100%，且①和②的转化率均为100%．则同温同压下通入的空气和水蒸气的体积比，V（空气）/V（水蒸气）=

 

．
（5）今有224m³（已折合成标准状况）由CO、H₂、N₂组成的混合气体，分别合成甲醇和氨，且三种气体均完全转化，驰放气中甲烷忽略不计，若得到液氨34kg，则同时得到二甲醚多少千克？

 

．

Answer 1

考点：化学平衡的计算,焓变和熵变,制备实验方案的设计

专题：化学平衡专题

分析：（1）NH₃（g）→NH₃（l）是气体变化为液态，需要放热，焓变小于0，气体混乱度减小，熵变小于0；
（2）分析流程可知，此生产过程能达到资源综合利用，经济效益高，反应条件低比合成氨易于进行适合低碳经济的理念；
（3）CO₂转化为甲烷的反应是二氧化碳和氢气在一定条件下是甲烷和水，依据原子守恒配平写出化学方程式；
（4）依据化学方程式计算，设氧气物质的量为x，结合化学方程式定量关系列式计算得到；
（5）依据化学方程式定量关系计算，先根据液氨计算需要的氮气和氢气物质的量，一氧化氮和氢气反应按照1：2反应，依据混合气体总物质的量计算得到一氧化碳物质的量，一氧化碳物质的量和甲醇物质的量相同，2mol甲醇反应生成1mol甲醇计算得到．

解答： 解：（1）NH₃（g）→NH₃（l）是气体变化为液态，需要放热，焓变小于0，气体混乱度减小，熵变小于0，则△H＜0，△S＜0，
故答案为：＜；＜；
（2）分析流程可知，此生产过程能达到资源综合利用，经济效益高，反应条件低比合成氨易于进行适合低碳经济的理念，故答案为：bd；
（3）CO₂转化为甲烷的反应是二氧化碳和氢气在一定条件下是甲烷和水，反应的化学方程式为：CO₂+4H₂

催化剂 .

高温高压

CH₄+2H₂O，
故答案为：CO₂+4H₂

催化剂 .

高温高压

CH₄+2H₂O；
（4）依据化学方程式计算，设反应的氧气物质的量为X，反应的水物质的量为Y得到；
CH₄+H₂O→CO+3H₂…①；
    Y    Y   3Y
2CH₄+O₂→2CO+4H₂…②．
     X   2X   4X

4X+3Y

2X+Y

=2.2
X：Y=2：1；空气中氧气占

1

5

，则空气为10；
空气和水蒸气体积之比等于物质的量之比=10：1；
故答案为：10；
（5）今有224m³（已折合成标准状况）由CO、H₂、N₂组成的混合气体，物质的量=

224×103L

22.4L/mol

=10⁴mol；分别合成甲醇和氨，且三种气体均完全转化，若得到液氨34kg物质的量=

34000g

17g/mol

=2×10³mol，由化学方程式定量关系可知，
CO+2H₂=CH₃OH ①
   N₂+3H₂=2NH₃ ②
    1   3    2
10³mol 3×10³  2×10³mol
反应①中的CO和H₂的物质的量=10⁴mol-（10³mol+3×10³ mol）；
一氧化碳物质的量=

1

3

（10⁴mol-4×10³mol）=2×10³mol；
则碳原子守恒得到：
2CO～2CH₃OH～CH₃OCH₃
2             1
2×10³mol    10³mol
甲醚物质的量=10³mol
甲醚质量=10³mol×46g/mol=46×10³g=46Kg，
故答案为：46Kg．

点评：本题考查了变化过程中焓变、熵变的分析判断，化学方程式的计算应用，反应流程的过程分析比较，反应条件是理解的关键，题目难度中等．