Question

在氨的工業(yè)合成中，有三個關(guān)鍵的技術(shù)問題，請結(jié)合所學(xué)知識解決它們。

(1)合成氨的化學(xué)原理是N₂＋3H₂??2NH₃，在工業(yè)上選擇20～50 MPa的較高壓強和450 ℃左右的溫度來進行反應(yīng)，請結(jié)合有關(guān)的化學(xué)原理解釋。

(2)在生產(chǎn)過程中需要大量氫氣，現(xiàn)有以下幾種獲得氫氣的方法，請你選出最適宜的，并說明理由。

A．電解水制取氫氣

B．由煤或焦炭來制取氫氣：煤或焦炭經(jīng)加熱，熾熱的炭與水蒸氣反應(yīng)生成氫氣

C．由天然氣或重油制取氫氣：天然氣的主要成分甲烷在高溫、催化劑的作用下與水蒸氣反應(yīng)生成氫氣和一氧化碳；一氧化碳在催化劑存在的條件下與水蒸氣反應(yīng)得到氫氣和二氧化碳

(3)合成氨的生產(chǎn)工藝流程：首先用適當(dāng)?shù)姆椒ㄉ�產(chǎn)出合成氨的原料氣——氮氣和氫氣。氮氣和氫氣的混合氣體在合成塔中于一定條件下，通過催化劑的作用產(chǎn)生氨氣，再通過氨分離器不斷地把生成的氨分離出來，同時未轉(zhuǎn)化的反應(yīng)氣體再進入合成塔循環(huán)加工。這就是合成氨的工藝流程。請根據(jù)這一描述過程畫出流程方框圖。

 

Answer 1

【答案】

(1)選擇450 ℃左右的溫度是因為溫度太高，平衡混合物中氨的含量太低；溫度太低，則化學(xué)反應(yīng)速率太小。而且500 ℃左右催化劑活性最大。選擇20～50 MPa的較高壓強是因為增大壓強，平衡混合物中氨的含量增加，但對設(shè)備的材料質(zhì)量和制造水平要求更高，能量消耗也更大。

(2)C　天然氣作為潔凈燃料，便于管道輸送，用做合成氨的原料具有投資省、能耗低的優(yōu)點。

(3)

【解析】

試題分析：合成氨的三大技術(shù)是①原料氣的經(jīng)濟來源；②合成氨條件的選擇；③合成氨工藝，如何循環(huán)利用未反應(yīng)的N₂和H₂。要充分利用所學(xué)原理如原子經(jīng)濟性及平衡移動原理來解決實際問題。

考點：考查合成氨原理的應(yīng)用、判斷以及實驗方案的設(shè)計和評價

點評：該題是中等難度的試題，試題綜合性強，注重靈活性，試題難易適中。有利于培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力和發(fā)散思維能力，也有利于鞏固學(xué)生分析問題、解決問題的能力。