Question

【題目】合成氨是人類科學(xué)技術(shù)上的一項重大突破，其反應(yīng)原理為：△H=-92.4kJ·L-1，一種工業(yè)合成氨的簡易流程圖如下：

（1）步驟II中制氯氣原理如下：

I. △H=+206.4kJ·L-1

II. △H=-41.2kJ·L-1

①對于反應(yīng)I，一定可以提高平衡體系中H2百分含量，又能加快反應(yīng)速率的是____________________。

a.升高溫度 b.增大水蒸氣濃度 c.加入催化劑 d.降低壓強(qiáng)

②利用反應(yīng)II，將CO進(jìn)一步轉(zhuǎn)化，可提高H2產(chǎn)量。若1mol CO和H2的混合氣體（CO的體積分?jǐn)?shù)為20%）與H2O反應(yīng)，得到1.18molCO、CO2和H2的混合氣體，則CO轉(zhuǎn)化率為_______________。

（2）圖1表示500℃、60.0Mpa條件下，原料氣投料比平衡時NH3體積分?jǐn)?shù)的關(guān)系。根據(jù)圖中a點數(shù)據(jù)計算N2的平衡體積分?jǐn)?shù)：________。

（3）上述流程圖中，使合成氨氣放出的能量得到充分利用的主要步驟是（填序號）________。簡述本流程中提高合成氨原料總轉(zhuǎn)化率的方法：_______________。

Answer 1

【答案】a 90% 14.5% Ⅳ 對原料氣加壓，分離液氨，未反應(yīng)的氮氣和氫氣循環(huán)使用

【解析】

天然氣脫硫后得到純凈的甲烷，甲烷與水蒸氣反應(yīng)生成H2和CO，為了得到更多的H2，CO又與水蒸氣反應(yīng)，生成的H2再加入N2后經(jīng)過加壓，利用合成氨放出的熱量進(jìn)行預(yù)熱處理，再在合成塔里反應(yīng)，反應(yīng)后經(jīng)過熱交換后分離出液氨，剩余的混合氣體N2和H2循環(huán)使用。

⑴①a. 升高溫度，速率加快，平衡向吸熱反應(yīng)即正向移動，氫氣百分含量增大；b. 增大水蒸氣濃度，反應(yīng)速率加快，平衡正向移動，雖然氫氣量增加，但平衡移動是微弱的，總的體積增加的多，氫氣百分含量減少；c. 加入催化劑，速率加快，平衡不移動，氫氣百分含量不變；d. 降低壓強(qiáng)，速率減慢；②建立三段式并根據(jù)題意解答。

⑵假設(shè)氮氣物質(zhì)的量為1mol，氫氣物質(zhì)的量為3mol，建立三段式并根據(jù)題意列出關(guān)系式，最后計算N2的平衡體積分?jǐn)?shù)。

⑴①a. 升高溫度，速率加快，平衡向吸熱反應(yīng)即正向移動，氫氣百分含量增大，故a符合題意；b. 增大水蒸氣濃度，反應(yīng)速率加快，平衡正向移動，雖然氫氣量增加，但平衡移動是微弱的，總的體積增加的多，氫氣百分含量減少，故b不符合題意；c. 加入催化劑，速率加快，平衡不移動，氫氣百分含量不變，故c不符合題意；d. 降低壓強(qiáng)，速率減慢，故d不符合題意；綜上所述，答案為a。

②

0.2x+x+0.8+x =1.18，則x =0.18，則CO轉(zhuǎn)化率為；故答案為：90%。

⑵假設(shè)氮氣物質(zhì)的量為1mol，氫氣物質(zhì)的量為3mol，建立三段式，，解得x=0.591，N2的平衡體積分?jǐn)?shù)為；故答案為：14.5%。

⑶上述流程圖中，使合成氨氣放出的能量得到充分利用是將放出的熱量用于原料氣預(yù)熱，主要步驟是IV。該反應(yīng)是體積減小的反應(yīng)，因此加壓可提高合成氨原料總轉(zhuǎn)化率，分離液氨，未反應(yīng)的氮氣和氫氣循環(huán)使用提高原料利用率，因此本流程中提高合成氨原料總轉(zhuǎn)化率的方法主要是對原料氣加壓，分離液氨，未反應(yīng)的氮氣和氫氣循環(huán)使用；故答案為：IV；對原料氣加壓，分離液氨，未反應(yīng)的氮氣和氫氣循環(huán)使用。