Question

某工廠以天然氣、水蒸氣和空氣為原料和能源合成氨的流程如右圖：

該流程中外熱式一級(jí)烴轉(zhuǎn)化器系指以 CH₄為燃料在烴氣轉(zhuǎn)化器外面加熱使之維持 800⁰C高溫的工業(yè)裝置。內(nèi)熱式一級(jí)烴氣轉(zhuǎn)化器系指以H₂在裝置內(nèi)燃燒為能量維護(hù)一級(jí)烴氣轉(zhuǎn)化器所生成的CO與H₂O(g)反應(yīng)生成CO₂和H₂所需1000⁰C高溫的裝置。在編號(hào)為i－v的反應(yīng)器中發(fā)生如下反應(yīng)：

A．CH4+2O2＝CO2 +2H2O	B．CH4+H2O(g)＝CO +3H2
C．2CH4+3H2O(g)＝CO + CO2 +7H2	D．K2CO3+CO2 +H2O＝2KHCO3

E．CO+ H₂O(g)CO₂ + H₂ΔH＜0     F．2H₂ +O₂＝2H₂O
（1）反應(yīng)A發(fā)生在編號(hào)為______的反應(yīng)器中，它的作用是_______________________________。
（2）反應(yīng)F發(fā)生在編號(hào)為____________的反應(yīng)器中。
（3）反應(yīng)D的作用是____________。
（4）屬于制備合成氨原料氣的反應(yīng)有______(填化學(xué)方程式編號(hào)）。
（5）為什么轉(zhuǎn)化反應(yīng)要分兩步——第一步在400⁰C時(shí)進(jìn)行,第二步在200 ⁰C時(shí)進(jìn)行？
________________________________________________________________________________。

Answer 1

（1） ⅰ 2分   該反應(yīng)放出的熱量使反應(yīng)C在800℃下進(jìn)行 2分 （2） ⅱ 2分
（3） 除去混合氣體中的CO₂    2分 （4） B、C、E  3分
（5） 400℃時(shí)能加快反應(yīng)E的速率,縮短達(dá)到平衡所需要的時(shí)間 2分；又因該反應(yīng)是放熱反應(yīng),故在200℃時(shí)有利于提高CO的轉(zhuǎn)化率 2分

試題分析：（1）由于外熱式一級(jí)烴轉(zhuǎn)化器系指以 CH₄為燃料在烴氣轉(zhuǎn)化器外面加熱使之維持 800⁰C高溫的工業(yè)裝置，即容器ⅰ中是以甲烷燃燒為提供能量的裝置，所以反應(yīng)A發(fā)生容器ⅰ中，其作用是該反應(yīng)放出的熱量使反應(yīng)C在800℃下進(jìn)行。
（2）由于內(nèi)熱式一級(jí)烴氣轉(zhuǎn)化器系指以H₂在裝置內(nèi)燃燒為能量維護(hù)一級(jí)烴氣轉(zhuǎn)化器所生成的CO與H₂O(g)反應(yīng)生成CO₂和H₂所需1000⁰C高溫的裝置，即該裝置是以氫氣燃燒提供能量，所以反應(yīng)F發(fā)生在容器ⅱ中。
（3）由于碳酸鉀可以吸收CO₂，因此反應(yīng)D的作用是除去混合氣體中的CO₂。
（4）合成氨需要的原料是氫氣與氨氣，而反應(yīng)B、C、E中均有氫氣生成，所以屬于制備合成氨原料氣的反應(yīng)有B、C、E。
（5）由于溫度高反應(yīng)速率快，到達(dá)平衡的時(shí)間少。所以分兩步進(jìn)行的原因是400℃時(shí)能加快反應(yīng)E的速率,縮短達(dá)到平衡所需要的時(shí)間；又因該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，降低溫度有利于平衡向正反應(yīng)方向進(jìn)行，故在200℃時(shí)有利于提高CO的轉(zhuǎn)化率。