- 合成氨工业的发展——原料及原料气的净化
- 共152题
（2013秋•济南期末）关于工业合成氨的叙述中错误的是（ ）
正确答案
解析
解：A．合成氨的正反应为气体 体积缩小的反应，压强越大，反应物的转化率越高，则在动力、设备、材料允许的条件下尽可能在高压下进行，故A正确；
B．合成氨的正反应为放热反应，升高温度后不利于氨气的生成，故B错误；
C．合成氨中N2和H2的循环使用，可以提高原料气的利用率，降低成本，故C正确；
D．及时从反应体系中分离出氨气，反应物浓度减小，有利于平衡向正反应方向移动，故D正确；
故选B．
硝酸铵是一种常用的化肥，其工业生产流程如图，请回答下列问题．
（1）写出反应容器B中发生反应的化学方程式：______．
（2）吸收塔C中通入空气的目的是______；C、D两个反应容器中发生的反应，属于氧化还原反应的是______（填反应容器代号）．
（3）浓硝酸一般保存在棕色试剂瓶里，并放置在阴凉处，用化学方程式解释原因：______．
（4）金属铜与稀硝酸反应的离子方程式是______，该反应中稀硝酸表现的性质是______．
正确答案
解析
解：（1）B中氨气转化为NO的化学方程式为：4NH3+5O2
（2）在整个生产流程中，吸收塔C中通入空气的目的是将一氧化氮氧化成二氧化氮；C中NO转化为NO2是氧化还原反应，而硝酸吸收氨气生成硝酸氨是非氧化还原反应；
故答案为：将一氧化氮氧化成二氧化氮；C；
（3）浓硝酸见光或受热易分解，所以应放置在阴凉处，分解的化学方程式为4HNO3
故答案为：4HNO3
（4）金属铜与稀硝酸反应生成硝酸铜、一氧化氮和水，其离子方程式为3Cu+8H++2NO3-=3Cu2++2NO↑+4H2O；稀硝酸中氮元素一部分化合价降低、一部分化合价不变，表现为氧化性和酸性，故答案为：3Cu+8H++2NO3-=3Cu2++2NO↑+4H2O；酸性和氧化性．
能源“非石油化”是战略目标，发展以CH4、CO2等原料的“C1化学”成为当今化工生产的必然趋势．通常天然气中含有H2S等有毒气体，下图为天然气合成氨（NH3）的工艺流程：
（1）合成氨的原料之一为氮气，该流程中为合成氨提供氮气的物质是______．
（2）①处加入Fe2O3•H2O的目的是______．
（3）②处CH4与H2O（气）反应生成CO2与H2则化学方程式是（反应条件略去）______．
（4）③处一般加入K2CO3溶液以吸收CO2，K2CO3溶液与CO2反应生成碳酸氢钾（KHCO3），该反应的化学方程式是______．
（5）该流程中参与循环的物质是______．
正确答案
空气
除去硫化氢
CH4+2H2O=CO2+4H2
K2CO3+CO2+H2O=2KHCO3
Fe2O3•H2O
解析
解：（1）所给的原料中有空气，空气中含有大量的氮气，空气可以作为合成氨提供氮气的物质，故答案为：空气；
（2）Fe2O3•H2O可以和硫化氢反应生成FeS、硫单质和水，所以加入Fe2O3•H2O的目的是除去硫化氢，故答案为：除去硫化氢；
（3）CH4与H2O（气）反应生成CO2与H2的方程式为：CH4+2H2O=CO2+4H2，故答案为：CH4+2H2O=CO2+4H2；
（4）K2CO3溶液可以和CO2反应生成碳酸氢钾（KHCO3），即K2CO3+CO2+H2O=2KHCO3，故答案为：K2CO3+CO2+H2O=2KHCO3；
（5）该流程中加入了Fe2O3•H2O，最后又生成了Fe2O3•H2O，Fe2O3•H2O在流程中参与循环使用，故答案为：Fe2O3•H2O．
（1）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______，______；
（2）设备A中含有电加热器、触煤和热交换器，设备A的名称，其中发生的化学反应方程式为______；
（3）设备B的名称______；
（4）设备C的作用______．
正确答案
解析
解：（1）分离空气提取氮气的方法有两种，以上液化、分馏空气，另一种为空气与碳反应生成二氧化碳，反应后除去二氧化碳气体，
故答案为：液化、分馏；与碳反应后除去CO2；
（2）合成氨的设备为合成塔，发生N2（g）+3H2（g）
故答案为：合成（氨）塔；N2（g）+3H2（g）
（3）冷凝分离设备为冷凝塔或冷凝器，
故答案为：冷凝塔或冷凝器；
（4）设备C为分离器，分离器用来分离液氨和原料气，
故答案为：将液氨与未反应的原料气分离．
（2015秋•莱芜期末）合成氨是人类科学技术上的一项重大突破，其反应原理为：N2（g）+3H2（g）⇌2NH3（g）△H＜0．一种工业合成氨的简易流程图如下：
完成下列填空：
（1）天然气中的H2S杂质常用氨水吸收，产物为NH4HS．一定条件下向NH4HS溶液中通入空气，得到单质硫并使吸收液再生．NH4HS的电子式是______，写出再生反应的化学方程式：______；NH3的沸点高于H2S，是因为NH3分子之间存在着一种叫______的作用力．
（2）室温下，0.1mol•L-1的氯化铵溶液和0.1mol•L-1的硫酸氢铵溶液，酸性更强的是______，其原因______．
（已知：HSO4-⇌H++SO42-Ka=1.2×10-2 NH3•H2O⇌NH4++OH-Kb=1.8×10-5 ）
（3）图甲表示500℃、60.0MPa条件下，原料气投料比与平衡时NH3体积分数的关系．根据图中a点数据计算N2的平衡体积分数：______（答案用小数表示，保留3位有效数字）．
（4）依据温度对合成氨反应的影响，在图乙坐标系中，画出一定条件下的密闭容器内，从通入原料气开始，随温度不断升高，NH3物质的量变化的曲线示意图．
（5）上述流程图中，使合成氨放出的能量得到充分利用的主要步骤是（填序号）______．简述本流程中提高合成氨原料总转化率的方法：______（任写2点）．
正确答案
解析
解：（1）NH4HS的电子式是
；NH3分子间存在氢键，所以NH3的沸点高于H2S，
故答案为：
（2）硫酸氢铵中的硫氢根离子第二步电离程度Ki2=1.2×10-2，非常的大，而氯化铵是水解呈酸性，所以硫酸氢铵溶液的酸性强同浓度的氯化铵，
故答案为：硫酸氢铵；硫酸氢铵中的硫氢根离子第二步电离程度Ki2=1.2×10-2，非常的大，大于铵根离子水解产生的酸性；
（3）依据反应特征N2+3H2=2NH3 △V
1 3 2 2
平衡体积 V V
即反应前后气体体积减小为生成氨气的体积，相同条件下，气体体积比等于气体物质的量之比，图象分析可知平衡状态氨气体积含量42%，设平衡混合气体体积为100，氨气为体积42，则反应前气体体积100+42=142，氮气和氢气按照1：3混合，氮气体积=142×
故答案为：14.5%；
（4）合成氨的反应是放热反应，开始反应，氨气物质的量增大，达到平衡状态，继续升温，平衡逆向进行，氨气物质的量减小，画出的图象为：
（5）分析流程合成氨放热通过Ⅳ热交换器加热反应混合气体，使反应达到所需温度，提高合成氨原料总转化率，依据平衡移动原理分析，分离出氨气促进平衡正向进行，把平衡混合气体中氮气和氢气重新循环使用，提高原理利用率；
故答案为：Ⅳ；分离液氨，未反应的氮气和氢气循环使用．
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