- 合成氨工业的发展——原料及原料气的净化
- 共152题
下列有关工业生产的叙述正确的是（ ）
正确答案
解析
解：A、及时从平衡混合物中分离出NH3，合成氨的产率增大，反应速率减小，故A错误；
B、硫酸工业中在接触室安装热交换器是为了利用二氧化硫生成三氧化硫的反应是放热，而不是利用SO3转化为H2SO4时放的热量，故B错误；
C、阳离子交换膜有一种特殊的性质，即它只允许阳离子通过，而阻止阴离子和气体通过，也就是说只允许Na+通过，而Cl-、OH-和气体则不能通过，可防止C12和NaOH溶液反应，故C正确；
D、电镀池中，镀件是阴极，与电源的负极相连，故D正确．
故选CD．
【选修-化学与技术】合成氨工业的主要反应为：N2（g）+3H2（g）⇌2NH3（g）△H＜O，下图是合成氨的简要流程示意图：
（2）原料气往往混有CO、NH3等杂质，在进入合成塔之前需净化，净化的原因是______．
（3）氮、氢混合气体送入合成塔前要通过压缩机压缩的原因是______；在合成塔中及时分离出氨气的目的是______．
（4）工业合成氨的反应为：N2（g）+3H2（g）⇌2NH3（g）△H＜O，当压强为30MPa，温度为500℃时，在容积为1L的密闭容器中充入1molN2和3molH2，反应达到平衡时NH3的体积分数为20%，求此时的平衡常数______．
（5）合成塔从上到下将催化剂分成四层，在层与层之间冷激气（冷的原料气）和反应气混合，请问这样设计的原因是什么？______．
正确答案
解析
解：（1）工业合成氨的流程中，原理氮气衡器依次通过的设备分别是：压缩机、热交换器、合成塔、冷凝器，
故答案为：热交换器；合成塔；N2和H2；
（2）原料气往往混有CO、NH3等杂质，在进入合成塔之前为防止催化剂中毒，需进行净化，故答案为：防止催化剂中毒；
（3）氮、氢混合气体送入合成塔前要通过压缩机压缩，来增大压强，这样可以加快化学反应速率，还可以让化学平衡朝生成NH3的方向进行，减少生成物氨气的浓度可以使化学平衡向着正反应方向进行，
故答案为：增大压强，加快反应速率，使平衡朝生成NH3的方向进行；减小生成物的浓度，使平衡朝生成NH3的方向进行；
（4）设氮气的转化量为x，
N2（g）+3H2（g）⇌2NH3（g）
起始浓度 1 3 0
转化浓度 x 3x 2x
平衡浓度1-x 3-3x 2x
平衡时NH3的体积分数为20%，则
（5）冷的原料气和反应气混合，可以进行热交换，保证反映的温度，让催化剂的催化活性最大，故答案为：冷激气与每一层的反应混合气及时进行热交换，既预热原料气，又保证反应混合气的温度控制在500℃左右，使每一层的催化剂都能起到最大的催化作用．
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，故A错误；
B、氯碱工业中，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B正确；
C、硫酸工业中，在接触室安热交换器，目的是将反应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C错误；
D、硫酸工业中，SO2的催化氧化不采用高压，是因为常压下SO2转化率已经很高了，故D错误．
故选B．
氨气是工农业生产中重要的产品，合成氨并综合利用的某些过程如图所示：
（1）原料气中的氢气来源于水和碳氢化合物．请写出甲烷和水在催化剂和高温条件下反应的方程式：______．
（2）在工业生产中，设备A的名称为______，A中发生的化学反应方程式是______．
（3）上述生产中向母液通入氨气同时加入______，可促进副产品氯化铵的析出．长期使用氯化铵会造成土壤酸化，尿素适用于各种土壤，在土壤中尿素发生水解，其水解的化学方程式是______．
（4）纯碱在生产生活中有广泛的应用，请写出任意两种用途：______．
（5）图中所示工业制法获得的纯碱中常含有NaCl杂质，用下述方法可以测定样品中NaCl的质量分数．
样品m
①检验沉淀是否洗涤干净的方法是______．
②样品中NaCl的质量分数的数学表达式为______．
正确答案
解析
解：（1）依据题给的信息，甲烷与水在高温催化剂作用下生成二氧化碳（或一氧化碳）和氢气，故化学反应方程式为：CH4+2H2O 
故答案为：CH4+2H2O 
（2）在生产中，设备A中应生成目标产物纯碱，故A为沉淀池，发生的反应为：NH3+CO2+H2O+NaCl=NH4Cl+NaHCO3↓，
故答案为：沉淀池；NH3+CO2+H2O+NaCl=NH4Cl+NaHCO3↓；
（3）副产物为氯化铵，需要引入氯离子，且目标产物为纯碱，故在通入氨气的同时，加入NaCl，尿素的水解生成氨气和二氧化碳，故反应为：CO（NH2）2+H2O=2NH3↑+CO2↑，
故答案为：NaCl；CO（NH2）2+H2O=2NH3↑+CO2↑；
（4）纯碱在日常生活中应用广泛，常用于制玻璃、制肥皂、造纸、纺织、印染等，
故答案为：制玻璃、制肥皂；
（5）①检验沉淀是否洗净的方法为：往少量的最后一次洗涤所得滤液中加入稀H2SO4溶液（或AgNO3溶液），若产生白色沉淀，则沉淀没有洗涤干净；若无白色沉淀，则沉淀已洗涤干净，
故答案为：往少量的最后一次洗涤所得滤液中加入稀H2SO4溶液（或AgNO3溶液），若产生白色沉淀，则沉淀没有洗涤干净，若无白色沉淀，则沉淀已洗涤干净；
②生成ng固体为BaCO3，其物质的量为：
故氯化钠的质量为（m-
故答案为：（1-
[选修2-化学与技术]合成氨的流程示意图如下：
回答下列问题：
（1）设备A中含有电加热器，触媒和热交换器，其中发生的化学反应方程式为______，设备A的名称是______；
（2）设备B中m和n是两个通水口，入水口是______（填“m”或“n”）．不宜从相反方向通水的原因是______；
（3）工业合成氨的原料是氮气和氢气．氮气是从空气中分离出来的，通常使用的两种分离方法是______，______；
（4）天然气、重油、煤都可以与水反应制得氢气．下表是某合成氨厂采用不同原料的相对投资和能量消耗．
①依据上表信息，你认为采用______为原料最好；
②请写出甲烷在高温、催化剂的作用下与水蒸气反应生成氢气和一氧化碳的化学方程式：______；
③已知C（s）、CO（g）和H2（g）完全燃烧的热化学方程式分别为：
C（s）+O2（g）═CO2（g）△H=-394kJ/mol；
2CO2（g）+O2（g）═CO2（g）△H=-566kJ/mol；
2H2（g）+O2（g）═2H2O（g）△H=-484kJ/mol；
试写出由C与水蒸气在高温条件下反应生成氢气与一氧化碳的热化学方程式______；
（5）在合成氨生产中，将生成的氨及时从反应后的气体中分离出来．运用化学平衡的知识分析这样做的理由：______．
正确答案
解析
解：（1）合成氨工业流程：原料气制备、原料气净化和压缩、氨的合成、氨的分离，冷凝分离氨气的设备为冷却塔；设备A中含有电加热器，触媒和热交换器，说明发生的化学反应方程式为：N2+3H2
故答案为：N2+3H2
（2）为了增强冷却效果，冷却水应从下端进入，逆向冷却效果好，所以入水口为n，故答案为：n；高温气体从冷却塔的上端进入，冷却水应从下端进入，逆向冷却效果好；
（3）将液氨和未反应的原料分离，利用空气中氮气的沸点比氧气的沸点低，先将空气加压降温变成液态，然后再加热，使氮气首先从液态空气中蒸发出来，留下的就是液态氧气．故分离方法是液化和分馏，故答案为：液化；分馏；
（4）①根据合成氨厂采用不同原料的相对投资和能量消耗表，天然气相对投资费用1.0，能量消耗28109J•t-1，天然气相对投资费用1.5，能量消耗28109×1.5J•t-1，天然气相对投资费用2.0，能量消耗2×28109J•t-1，相对于重油和煤，天然气为原料最好，故答案为：天然气；
②甲烷在高温、催化剂的作用下与水蒸气反应；生成氢气和一氧化碳，根据题干中提供的反应物和生成物，再根据质量守恒，即可得出CH4+H2O
故答案为：CH4+H2O
③C（s）、CO（g）和H2（g）完全燃烧的热化学方程式分别为：
C（s）+O2（g）═CO2（g）△H=-394kJ/mol；A
2CO（g）+O2（g）═2CO2（g）△H=-566kJ/mol；B
2H2（g）+O2（g）═2H2O（g）△H=-484kJ/mol；C
将ABC三式作如下变换，A-
故答案为：C（S）+H2O（g）
（5）N2+3H22NH3，该反应为可逆反应，从化学平衡移动的角度考虑，减少生成物的浓度，化学平衡向正反应方向移动，
故答案为：移走氨气，减小生成物浓度，平衡右移，有利于氨合成．
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