Question

回答下列問題：

（1）工業(yè)合成氨的原料是氮氣和氫氣．氮氣是從空氣中分離出來的，通常使用的兩種分離方法是

 

，

 

；氫氣的來源是水和碳氫化合物，寫出分別采用煤和天然氣為原料制取氫氣的化學反應方程式

 

，

 

．
（2）設(shè)備A中含有電加熱器、觸煤和熱交換器，設(shè)備A的名稱

 

，其中發(fā)生的化學反應方程式為

 

．
（3）設(shè)備B的名稱

 

，其中m和n是兩個通水口，入水口是

 

（填“m”或“n”）．不宜從相反方向通水的原因

 

．
（4）設(shè)備C的作用

 

；
（5）在原料氣制備過程中混有CO對催化劑有毒害作用，欲除去原料氣中的CO，可通過如下反應來實現(xiàn)：CO（g）+H₂O（g）?CO₂ （g）+H₂ （g），已知1000K時該反應的平衡常數(shù)K=0.627，若要使CO的轉(zhuǎn)化超過90%，則起始物中c（H₂O）：c（CO）不低于

 

．

Answer 1

考點：工業(yè)合成氨

專題：

分析：（1）分離空氣提取氮氣的方法有兩種，以上液化、分餾空氣，另一種為空氣與碳反應生成二氧化碳，反應后除去二氧化碳氣體；制取氫氣可用碳和水反應或甲烷與水反應；
（2）合成氨的設(shè)備為合成塔，發(fā)生N₂（g）+3H₂（g）

高溫高壓

催化劑

2NH₃（g）；
（3）冷凝分離設(shè)備為冷凝塔或冷凝器；水流和氣流方向應逆向；
（4）分離器用來分離液氨和原料氣；
（5）根據(jù)平衡常數(shù)用三段式法計算．

解答： 解：（1）分離空氣提取氮氣的方法有兩種，以上液化、分餾空氣，另一種為空氣與碳反應生成二氧化碳，反應后除去二氧化碳氣體；C和水反應的方程式為C+H₂O

高溫  .

CO+H₂，甲烷與水反應的方程式為CH₄+H₂O

催化劑 .

△

CO+3H₂，
故答案為：液化、分餾；與碳反應后除去CO₂；C+H₂O

高溫  .

CO+H₂；CH₄+H₂O

催化劑 .

△

CO+3H₂；
（2）合成氨的設(shè)備為合成塔，發(fā)生N₂（g）+3H₂（g）

高溫高壓

催化劑

2NH₃（g），
故答案為：合成（氨）塔；N₂（g）+3H₂（g）

高溫高壓

催化劑

2NH₃（g）；
（3）冷凝分離設(shè)備為冷凝塔或冷凝器，水流和氣流方向應逆向，則入水口是n，高溫氣體由冷凝塔上端進入，冷凝水從下端進入，可使冷水充滿冷凝器，逆向冷凝效果好，
故答案為：冷凝塔或冷凝器；n；高溫氣體由冷凝塔上端進入，冷凝水從下端進入，逆向冷凝效果好；
（4）分離器用來分離液氨和原料氣，故答案為：將液氨與未反應的原料氣分離；
（5）設(shè)CO的起始濃度為xmol，H₂O的起始濃度為ymol，則轉(zhuǎn)化的CO的最小值為0.9x，
     CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
起始   x      y        0       0
變化  0.9x   0.9x     0.9x     0.9x
平衡  0.1x  y-0.9x    0.9x     0.9x
根據(jù)平衡常數(shù)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，轉(zhuǎn)化率就會超過90%．
故答案為：13.8．

點評：本題綜合考查工業(yè)合成氨知識，涉及物質(zhì)的分離、化學平衡的等問題，題目難度較大，注意把握物質(zhì)的性質(zhì)，根據(jù)性質(zhì)選擇分離方法，易錯點為（5），注意利用三段式法計算較為直觀．