(2011?懷化一模)化學(xué)一化學(xué)與技術(shù)
我國有豐富的天然氣資源.以天然氣為原料合成尿素的主要流程如圖所示(圖中某些轉(zhuǎn)化步驟及生成物未列出)

請?zhí)顚懴铝锌瞻祝?BR>(1)合成尿素的反應(yīng)分二步,請寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式
2NH3+CO2
 加溫、加壓 
.
 
NH2COONH4
2NH3+CO2
 加溫、加壓 
.
 
NH2COONH4

NH2COONH4
 加熱 
.
 
CO(NH22+H2O
NH2COONH4
 加熱 
.
 
CO(NH22+H2O

(2)依據(jù)流程圈,判斷下列說法正確的是
C
C

A.在轉(zhuǎn)化CO的過程中使用催化劑,可以提高CO的轉(zhuǎn)化率
B.進(jìn)入分離二氧化碳裝置的氣體有2種
C.N2、H2的循環(huán)使用,提高了原子的利用率
D.二氧化碳與氨合成尿素屬于人工固氮
E.流程中的原料有3種取之不盡,用之不完
(3)合成氨選擇的外界條件是:催化劑,20~50MPa的壓強(qiáng),500℃的溫度.選擇該溫度的主要原因是
500℃的溫度反應(yīng)速率較快,催化劑活性最高
500℃的溫度反應(yīng)速率較快,催化劑活性最高

(4)已知制造合成氣的反應(yīng)為CH4(g)+H2O(g)?CO(g)+3H2(g),該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為K=
c(CO)?c3(H2)
c(CH4)?c(H2O)
c(CO)?c3(H2)
c(CH4)?c(H2O)
.降低溫度K減小,則正反應(yīng)是一個(gè)
熱反應(yīng).當(dāng)造合成氣的反應(yīng)中甲烷的轉(zhuǎn)化率為75%.合成氨中氫氣的轉(zhuǎn)化率為40%(其他過程的損失不計(jì))以5.60xlO7L甲烷為原料能夠合成
4.48xlO7L
4.48xlO7L
L氨氣.(假設(shè)體積均在標(biāo)準(zhǔn)狀況下測定)
分析:(1)在高溫高壓條件下,NH3與CO2反應(yīng)生成NH2COONH4,NH2COONH4加熱分解生成CO(NH22與H2O.
(2)A.催化劑不影響平衡移動(dòng).
B.由工藝流程可知,進(jìn)入分離二氧化碳裝置的氣體有H2O、CH4、H2、CO2等.
C.N2、H2的循環(huán)使用,提高了原子的利用率.
D.由游離態(tài)的氮元素轉(zhuǎn)化為化合態(tài),稱為固氮.
E.天然氣是化石能源,屬于不可再生資源,.
(3)500℃的溫度反應(yīng)速率較快,催化劑活性最高.
(4)平衡常數(shù)指產(chǎn)物濃度系數(shù)次冪的乘積與反應(yīng)物濃度系數(shù)次冪的乘積的比值.
降低溫度,平衡常數(shù)K減小,平衡向逆反應(yīng)進(jìn)行,降低溫度平衡向放熱反應(yīng)方向移動(dòng).
根據(jù)關(guān)系式CH4~CO~3H2計(jì)算造合成氣的反應(yīng)中生成的CO、H2的體積,根據(jù)關(guān)系式 CO~H2計(jì)算分離二氧化碳過程生成的H2體積,兩部分氫氣體積為生成氫氣的總體積,再根據(jù) 3H2~2NH3計(jì)算生成氨氣的體積.
解答:解:(1)在高溫高壓條件下,NH3與CO2反應(yīng)生成NH2COONH4,NH2COONH4加熱分解生成CO(NH22與H2O.
反應(yīng)方程式為①2NH3+CO2
 加溫、加壓 
.
 
NH2COONH4,②NH2COONH4
 加熱 
.
 
CO(NH22+H2O.
故答案為:①2NH3+CO2
 加溫、加壓 
.
 
NH2COONH4,②NH2COONH4
 加熱 
.
 
CO(NH22+H2O.
(2)A.使用催化劑加快反應(yīng)速率,縮短到達(dá)平衡時(shí)間,催化劑不影響平衡移動(dòng),CO的轉(zhuǎn)化率不變,故A錯(cuò)誤;
B.由工藝流程可知,進(jìn)入分離二氧化碳裝置的氣體有H2O、CH4、H2、CO2等,故B錯(cuò)誤;
C.N2、H2的循環(huán)使用,充分利用氮元素、氫元素,提高了原子的利用率,故C正確;
D.氨中的氮元素屬于化合態(tài),二氧化碳與氨合成尿素,不是游離態(tài)的氮元素轉(zhuǎn)化為化合態(tài),不屬于人工固氮,故D錯(cuò)誤;
E.天然氣是化石能源,屬于不可再生資源,故E錯(cuò)誤.
故選:C.
(3)合成氨反應(yīng)是放熱反應(yīng),雖然溫度越高對(duì)反應(yīng)有抑制作用,但是在500度時(shí)催化劑的活性最大,反應(yīng)速率也很快.綜合考慮工業(yè)生產(chǎn)選擇500度的高溫.
故答案為:500℃的溫度反應(yīng)速率較快,催化劑活性最高.
(4)平衡常數(shù)指產(chǎn)物濃度系數(shù)次冪的乘積與反應(yīng)物濃度系數(shù)次冪的乘積的比值.所以反應(yīng)CH4(g)+H2O(g)?CO(g)+3H2(g)的平衡常數(shù)k=
c(CO)?c3(H2)
c(CH4)?c(H2O)

降低溫度,平衡常數(shù)K減小,平衡向逆反應(yīng)進(jìn)行,降低溫度平衡向放熱反應(yīng)方向移動(dòng),故該反應(yīng)正反應(yīng)為吸熱反應(yīng).
根據(jù)關(guān)系式計(jì)算造合成氣的反應(yīng)中生成的CO、H2的體積:
合成氣的反應(yīng)中:CH4~~~~~~~~~CO~~~~~~~~~~3H2,
         5.60xlO7L×0.75      5.60xlO7L×0.75    5.60xlO7L×0.75×3
分離二氧化碳過程生成的H2體積:CO~~~~~~~~~~H2
                             5.60xlO7L×0.75       5.60xlO7L×0.75    
所以產(chǎn)生的氫氣的總體積為5.60xlO7L×0.75×3+5.60xlO7L×0.75=5.60xlO7L×0.75×4
令產(chǎn)生氨氣的體積為V,則:
       3H2~~~~~~~~~2NH3
       3                    2
5.60xlO7L×0.75×4×40%      V
解得,V=5.60xlO7L×0.75×4×40%×
2
3
=4.48xlO7L
故答案為:
c(CO)?c3(H2)
c(CH4)?c(H2O)
;吸;4.48xlO7L.
點(diǎn)評(píng):考查學(xué)生對(duì)工藝流程的理解、化學(xué)平衡移動(dòng)及平衡常數(shù)與計(jì)算、合成氨條件的選擇等,難度中等,關(guān)鍵是掌握整個(gè)制備流程原理,要求學(xué)生要有扎實(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)和靈活應(yīng)用知識(shí)解決問題的能力.(4)中計(jì)算為易錯(cuò)點(diǎn),容易忽略分離二氧化碳過程生成的H2體積.
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