Question

【選修-化學(xué)與技術(shù)】合成氨工業(yè)的主要反應(yīng)為：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H＜O，下圖是合成氨的簡要流程示意圖：
（1）寫出設(shè)備A、B的名稱：A

熱交換器

，B

合成塔

；沿X路線進(jìn)入壓縮機的物質(zhì)是

N₂和H₂

．
（2）原料氣往往混有CO、NH₃等雜質(zhì)，在進(jìn)入合成塔之前需凈化，凈化的原因是

防止催化劑中毒

．
（3）氮、氫混合氣體送入合成塔前要通過壓縮機壓縮的原因是

增大壓強，加快反應(yīng)速率，使平衡朝生成NH₃的方向進(jìn)行

；在合成塔中及時分離出氨氣的目的是

減小生成物的濃度，使平衡朝生成NH₃的方向進(jìn)行

．
（4）工業(yè)合成氨的反應(yīng)為：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H＜O，當(dāng)壓強為30MPa，溫度為500℃時，在容積為1L的密閉容器中充入1molN₂和3molH₂，反應(yīng)達(dá)到平衡時NH₃的體積分?jǐn)?shù)為20%，求此時的平衡常數(shù)

0.083

．
（5）合成塔從上到下將催化劑分成四層，在層與層之間冷激氣（冷的原料氣）和反應(yīng)氣混合，請問這樣設(shè)計的原因是什么？

冷激氣與每一層的反應(yīng)混合氣及時進(jìn)行熱交換，既預(yù)熱原料氣，又保證反應(yīng)混合氣的溫度控制在500℃左右，使每一層的催化劑都能起到最大的催化作用

．

Answer 1

分析：（1）根據(jù)合成氨的問題要熟知設(shè)備和反應(yīng)需要的物質(zhì)來回答；
（2）實驗之前要除雜，防止催化劑中毒；
（3）根據(jù)增大壓強和減少生成物對反應(yīng)速率或是平衡移動的影響知識來回答；
（4）根據(jù)三行式計算K；
（5）合成氨氣的適宜溫度選擇在500℃左右，使催化劑都能起到最大的催化作用是最終目的．

解答：解：（1）工業(yè)合成氨的流程中，原理氮氣衡器依次通過的設(shè)備分別是：壓縮機、熱交換器、合成塔、冷凝器，
故答案為：熱交換器；合成塔；N₂和H₂；
（2）原料氣往往混有CO、NH₃等雜質(zhì)，在進(jìn)入合成塔之前為防止催化劑中毒，需進(jìn)行凈化，故答案為：防止催化劑中毒；
（3）氮、氫混合氣體送入合成塔前要通過壓縮機壓縮，來增大壓強，這樣可以加快化學(xué)反應(yīng)速率，還可以讓化學(xué)平衡朝生成NH₃的方向進(jìn)行，減少生成物氨氣的濃度可以使化學(xué)平衡向著正反應(yīng)方向進(jìn)行，
故答案為：增大壓強，加快反應(yīng)速率，使平衡朝生成NH₃的方向進(jìn)行；減小生成物的濃度，使平衡朝生成NH₃的方向進(jìn)行；
（4）設(shè)氮氣的轉(zhuǎn)化量為x，
          N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
   起始濃度 1       3               0
   轉(zhuǎn)化濃度 x       3x              2x
   平衡濃度1-x       3-3x           2x
平衡時NH₃的體積分?jǐn)?shù)為20%，則

2x

4-2x

=20%，解得x=

1

3

，平衡常數(shù)K=

( 2 3 )2

1 3 ×23

=0.083
（5）冷的原料氣和反應(yīng)氣混合，可以進(jìn)行熱交換，保證反映的溫度，讓催化劑的催化活性最大，故答案為：冷激氣與每一層的反應(yīng)混合氣及時進(jìn)行熱交換，既預(yù)熱原料氣，又保證反應(yīng)混合氣的溫度控制在500℃左右，使每一層的催化劑都能起到最大的催化作用．

點評：通過解題，學(xué)習(xí)這塊內(nèi)容，應(yīng)該熟悉合成氨的設(shè)備、原理，掌握關(guān)于平衡的三段式計算方法，難度不大．