Question

(10分)合成氨反應(yīng)原理為：N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g) ΔH＝－92．4 kJ·mol－1 一種工業(yè)合成氨的簡易流程圖如下：

（1）步驟Ⅱ中制氫氣原理如下：

①CH4(g)＋H2O(g) CO(g)＋3H2(g) ΔH＝＋206．4 kJ·mol－1

②CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g) ΔH＝－41．2 kJ·mol－1

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

a．升高溫度 b．增大水蒸氣濃度 c．加入催化劑 d．縮小容器的體積

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

（2）圖中表示500℃、60．0 MPa條件下，原料氣投料比與平衡時NH3體積分?jǐn)?shù)的關(guān)系。根據(jù)圖中a點(diǎn)數(shù)據(jù)計(jì)算H2的平衡體積分?jǐn)?shù)：________。

（3）上述流程圖中，使合成氨放出的能量得到充分利用的主要步驟是(填序號)________。簡述兩點(diǎn)本流程中提高合成氨原料總轉(zhuǎn)化率的方法：_______________________________________。

 

Answer 1

（1） a 50% （2） 43．5% （3）Ⅳ 對原料氣加壓；分離液氨后，未反應(yīng)的N2、H2循環(huán)使用

【解析】

試題分析：對于反應(yīng)①加快反應(yīng)速率的措施有升高溫度、增大壓強(qiáng)、增大物質(zhì)濃度、加入催化劑；提高平衡體系中H2百分含量的措施有升高溫度、減小壓強(qiáng)，增大水蒸氣濃度有可能使H2百分含量增大，也可能減小，故對于反應(yīng)①，一定可以提高平衡體系中H2百分含量，又能加快反應(yīng)速率的措施是升高溫度；利用反應(yīng)②，將CO進(jìn)一步轉(zhuǎn)化，可提高H2產(chǎn)量。若2 mol CO和H2的混合氣體(CO的體積分?jǐn)?shù)為20%)與H2O反應(yīng)，可知原來混合氣體中存在CO為0．4mol，反應(yīng)后得到2．2 mol CO、CO2和H2的混合氣體，可知反應(yīng)后混合氣體中CO2生成了0．2mol，則CO轉(zhuǎn)化量為0．2mol，CO轉(zhuǎn)化率為50%；圖中表示500℃、60．0 MPa條件下，原料氣投料比與平衡時NH3體積分?jǐn)?shù)的關(guān)系，圖中a點(diǎn)數(shù)據(jù)投料比為3，等于反應(yīng)系數(shù)比，則平衡時N2、H2的體積分?jǐn)?shù)比為1:3，NH3的體積分?jǐn)?shù)為42%，可得H2的平衡體積分?jǐn)?shù)為（1-42%）=43．5%；上述流程圖中能量的綜合利用為第Ⅳ步中熱交換利用廢熱加熱氣體，通過流程圖可知本流程中提高合成氨原料總轉(zhuǎn)化率的方法對原料氣加壓；分離液氨后，未反應(yīng)的N2、H2循環(huán)使用等。

考點(diǎn)：簡易工藝流程與化學(xué)反應(yīng)原理綜合題。