- 合成氨工业的发展——原料及原料气的净化
- 共152题
（2012秋•沙坪坝区校级期末）氨气是一种重要的化工原料，主要用于生产氮肥、硝酸、纯碱等化工产品．如图是合成氨，并联合生产硝酸、纯碱的简要流程示意图：
（1）设备A的名称是______，设置循环B→A的目的是______．
（2）反应①的化学方程式是______．反应③中氧化剂和还原剂的质量比为______．
（3）用两个化学方程式表示过程⑤中的反应过程．______
（4）上述纯碱生产中过程⑤CO2的主要来源是______．
正确答案
解析
解：（1）氮气和氢气在合成塔中生成氨气，原料的循环使用可以促使平衡正向移动，进而提高利用率，故答案为：合成塔；提高原料的利用率（或充分利用原料）
（2）氨气催化氧化得到一氧化氮，一氧化氮被氧化为二氧化氮，二氧化氮和水反应可以得到硝酸，第一个反应为：4NH3+5O2
（3）过量的二氧化碳可以和氨水溶液之间反应得到碳酸氢铵溶液，碳酸氢铵溶液和饱和氯化钠溶液混合可以得到溶解度较小的碳酸氢钠晶体，即NH3+CO2+H2O=NH4HCO3，NaCl+NH4HCO3=NaHCO3↓+NH4Cl，故答案为：NH3+CO2+H2O=NH4HCO3，NaCl+NH4HCO3=NaHCO3↓+NH4Cl；
（4）天然气等燃料的燃烧会产生二氧化碳，是二氧化碳的主要来源，故答案为：天然气等燃料的燃烧．
下列有关工业生产的叙述正确的是（ ）
正确答案
解析
解：A、合成氨生产中将NH3液化分离，可减慢正反应速率，提高N2、H2的转化率，故A错误；
B、硫酸工业中，在接触室安热交换器，目的是将放出的热量用来预热没反应的二氧化硫与氧气的混合气体，故B错误；
C、电解饱和食盐水制烧碱采用离子交换膜法，可防止阳极室产生的Cl2进入阴极室和氢氧化钠反应，故C错误；
D、向饱和食盐水中通入氨气再通入二氧化碳即可生成碳酸氢钠固体，碳酸氢钠受热分解即可得到碳酸钠，故D正确．
故选D．
工业上合成氨在一定条件下进行如下反应：N2（g）+3H2（g）⇌2NH3（g）△H=-92.44kJ/mol．其部分工艺流程如图1所示：
（1）合成氨所需要的原料气中，氮气取自______，氢气来源于______．
（2）对原料气进行净化处理的目的是______．
（3）设备A的名称是______，设备B的名称是______．
（4）在20～50Mpa时，工业合成氨选择在400-500℃的温度进行反应，主要原因是______．
（5）据《科学》杂志报道，希腊化学家在常压下将氢气和用氢气稀释的氮气分别通入一个加热到570℃的电解池（如图2）中，氢和氮在电极上合成了氨，且转化率达到了78%．则：阳极反应为______，阴极反应为______．
正确答案
解析
解：（1）根据工业生产中，氮气来自空气，氢气来自水和碳氢化合物，故答案为：空气；水和碳氢化合物；
（2）工业上在合成氨的过程中，必须对原料进行净化，防止催化剂铁触媒中毒，而减小催化活性，故答案为：防止催化剂中毒；
（3）合成氨的设备依次有：压缩机、合成塔、冷凝器、氨分离器、循环压缩机，故答案为：冷凝器；循环压缩机；
（4）合成氨的过程中，为保障反应速率和限度较大、催化剂的活性大，要选择适宜的温度400-500℃，故答案为：此温度下催化剂的活性大；
（5）氢和氮在电极上合成了氨的电解池中，阳极是氢气发生失电子的氧化反应，即H2-2e-═H2↑，阴极是氮气发生得电子的还原反应，即N2+6e-+6H+═2NH3，故答案为：H2-2e-═2H+；N2+6e-+6H+═2NH3．
对于合成氨工业来说，下列叙述中正确的是（ ）
正确答案
解析
解：A、催化剂和高压能加快反应速率，增大压强平衡正移，催化剂对平衡无响应，故A错误；
B、催化剂和高压能加快反应速率，都能缩短达到平衡状态所用的时间，增大压强平衡正移，故B正确；
C、采用氮气、氢气的循环操作，平衡右移，能提高氮气、氢气的转化率，氨气随时液化分离出，对NH3的平衡浓度无影响，故C错误；
D、采用循环操作，氨气随时液化分离出，不一定加快反应速率，故D错误；
故选B．
利用天然气合成氨的工艺流程示意如下：
依据上述流程，完成下列填空：
（1）天然气脱硫时的化学方程式是______．
（2）n mol CH4经一次转化后产生CO 0.9n mol、产生H2______mol（用含n的代数式表示）
（3）K2CO3（aq）和 CO2反应在加压下进行，加压的理论依据是______（多选扣分）
（a）相似相溶原理 （b）勒沙特列原理 （c）酸碱中和原理
（4）由KHCO3分解得到的CO2可以用于______（写出CO2的一种重要用途）．
（5）整个流程有三处循环，一是Fe（OH）3循环，二是K2CO3（aq）循环，请在上述流程图中标出第三处循环（循环方向、循环物质）
正确答案
解析
解：（1）硫化氢是酸性气体，可以和碱氢氧化铁发生中和反应：3H2S+2Fe（OH）3═Fe2S3+6H2O，
故答案为：3H2S+2Fe（OH）3═Fe2S3+6H2O；
（2）根据天然气合成氨的工艺流程图知10%的甲烷未与水蒸汽作用，甲烷与水反应的方程式为：
CH4（g）+H2O（g）→CO（g）+3H2（g）
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0.9n mol 2.7nmol
故答案为：2.7n；
（3）K2CO3（aq）和CO2反应生成碳酸氢钾，K2CO3+CO2+H2O⇌2KHCO3，增大压强，化学平衡向右进行，符合化学平衡移动原理，故答案为：b；
（4）二氧化碳可以和氢氧化钠反应生碳酸钠，固体二氧化碳干冰易升华可以做制冷剂，故答案为：生产纯碱（或作制冷剂等）；
（5）上述流程图第三处循环使用的物质是氮气和氢气，故答案为：
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