Question

1．工業(yè)合成氨技術(shù)是對人類的巨大貢獻(xiàn)之一．下面是合成氨的簡要流程示意圖：

（1）設(shè)備 I的名稱是合成塔，沿X路線循環(huán)的物質(zhì)是A（填字母）．
A．N₂和H₂     B．催化劑      C．NH₃D．N₂、H₂和NH₃
（2）合成氨中H₂可以由焦炭和水蒸汽反應(yīng)獲得．請寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式：C+H₂O$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CO+H₂ ．
（3）原料氣中往往含有H₂S、CO、CO₂等雜質(zhì)，必須除去這些雜質(zhì)的目的是防止催化劑中毒，常用K₂CO₃溶液除去CO₂，其反應(yīng)的離子方程式為CO₃^2-+CO₂+H₂O=2HCO₃^-．
（4）近年有人將電磁場直接加在氮?dú)夂蜌錃夥磻?yīng)的容器內(nèi)，在較低的溫度和壓強(qiáng)條件下合成氨，獲得了較高的產(chǎn)率．電磁場對合成氨反應(yīng)本質(zhì)的影響是在電磁場的作用下，氮氮三鍵更容易斷裂，減少了合成氨反應(yīng)所需的能量，該方法的優(yōu)點(diǎn)是降低能耗，使反應(yīng)更容易進(jìn)行．
（4）合成氨工業(yè)往往含有大量含氨廢水，為了防止對環(huán)境造成污染，可以利用電解法將NH₃•H₂O轉(zhuǎn)化為對環(huán)境無污染的加以處理．電解時以石墨做電極，以硝酸作為電解質(zhì)，則理論上處理1mol NH₃•H₂O，電路中轉(zhuǎn)移電子3mol，陽極的電極反應(yīng)式為2NH₃-6e^-=N₂+6H⁺．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)流程可知，設(shè)備Ⅰ為合成塔，設(shè)備Ⅱ為氨分離器，設(shè)備Ⅱ中含有未反應(yīng)的氮?dú)夂蜌錃�，需要循環(huán)利用；
（2）碳在高溫下與水反應(yīng)生成一氧化碳和氫氣，據(jù)此寫出反應(yīng)的化學(xué)方程式；
（3）H₂S、CO、CO₂等雜質(zhì)容易造成催化劑中毒，降低催化效果，需要將原料氣中的雜質(zhì)除去；碳酸鉀與二氧化碳反應(yīng)生成碳酸氫鉀，據(jù)此寫出反應(yīng)的離子方程式；
（4）根據(jù)能量守恒定律及合成氨的反應(yīng)特點(diǎn)進(jìn)行分析；
（5）生成的無污染的物質(zhì)為氮?dú)�，根�?jù)電解原理寫出陽極電極反應(yīng)式，然后計算出轉(zhuǎn)移的電子的物質(zhì)的量．

解答 解：（1）根據(jù)合成流程可知，設(shè)備Ⅰ為合成塔，設(shè)備Ⅱ為氨分離器，合成氨的反應(yīng)為可逆反應(yīng)，則設(shè)備Ⅱ中含有未反應(yīng)的N₂和H₂，需要轉(zhuǎn)入合成塔中循環(huán)利用，所以A正確，
故答案為：合成塔；A；
（2）合成氨中H₂可以由焦炭和水蒸汽反應(yīng)獲得，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：C+H₂O$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CO+H₂ ，
故答案為：C+H₂O$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CO+H₂ ；
（3）原料氣中的H₂S、CO、CO₂等雜質(zhì)容易造成催化劑中毒，降低催化效果，所以必須將原料氣中往往含有的H₂S、CO、CO₂等雜質(zhì)除去，防止催化劑中毒；碳酸鉀溶液與二氧化碳反應(yīng)生成碳酸氫鉀，反應(yīng)的離子方程式為：CO₃^2-+CO₂+H₂O=2HCO₃^-，
故答案為：防止催化劑中毒；CO₃^2-+CO₂+H₂O=2HCO₃^-；
（4）在較低的溫度和壓強(qiáng)條件下合成氨，獲得了較高的產(chǎn)率，而一般合成氨需要較高溫度和壓強(qiáng)，所以通過能量守恒可知，電磁場可以斷裂化學(xué)鍵，降低能耗，
故答案為：在電磁場的作用下，氮氮三鍵更容易斷裂，減少了合成氨反應(yīng)所需的能量；降低能耗，使反應(yīng)更容易進(jìn)行（其他合理答案也可）；
（5）利用電解法將NH₃•H₂O轉(zhuǎn)化為對環(huán)境無污染的物質(zhì)為氮?dú)�，陽極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：2NH₃-6e^-=N₂+6H⁺，則1molNH₃•H₂O完全反應(yīng)轉(zhuǎn)移了3mol電子，
故答案為：3； 2NH₃-6e^-=N₂+6H⁺．

點(diǎn)評 本題以工業(yè)合成氨流程為載體，對化工生產(chǎn)的相關(guān)知識進(jìn)行考查，題目難度中等，試題重點(diǎn)考查了學(xué)生對合成氨的設(shè)備及流程的掌握情況，同時也考察了學(xué)生分析評價的能力，注意掌握合成氨的反應(yīng)原理．