- 合成氨工业的发展——原料及原料气的净化
- 共152题
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．
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 
（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，物质的量为：
传统合成氨工业需要采用高温、高压和催化剂．近来美国化学家使用新型铁系催化剂，在常温下合成了氨气．下列说法正确的是（ ）
正确答案
解析
解：A．反应热与反应途径无关，所以旧法合成氨与新法合成氨都是放热反应，故A错误；
B．与旧法相比较，新法合成氨不需要在高温条件下，可节约大量能源，简化生产设备，具有发展前景，故B正确；
C．催化剂只能改变反应速率，对反应物的转化率没有影响，所以新型催化剂不会提高N2和H2的转化率，故C错误；
D．化学平衡常数与反应温度有关，两种方法的反应温度不同，则化学平衡常数一定不同，故D错误；
故选B．
有关合成氨工业的说法中，正确的是（ ）
正确答案
解析
解：A、虽然反应出来的混合气体NH3比较低，但原料循环使用，连续化生产，所以生产氨的工厂效率不低，故A错误．
B、由于氨易液化，可以抽出氨气，使平衡正移，提高原料转化率，而且N2、H2是循环使用，所以总体来说氨的生产率很高，故B正确；
C、合成氨是放热反应，所以低温有利，但反应速率跟温度有关，温度越高速率越大，所以温度是取在既保证一定速率，又保证反应尽量向正反应移动，同时还要确保催化剂活性，因为催化剂活性跟温度关系极大．一般合成氨反应500℃是保证催化活性最大，不是为了使化学平衡向正反应方向移动，故C错误．
D、合成氨的反应是分子数减小的反应，高压有利于向正反应方向移动，且能提高正反应速率，跟催化剂无关，故D错误；
故选B．
甲烷是天然气、沼气、坑气及煤气的主要成分，可用作燃料及制造氢气、一氧化碳、甲醛等物质的原料，其中用作制氢气合成氨的工艺流程示意图如下：
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，假设后面几步转化各物质均完全反应，则理论上可制备得到______氨气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______．
A．相似相容原理 B．勒夏特列原理 C．酸碱中和原理
（4）分析流程示意图回答，该合成氨工艺主要起始原料是______，辅助原料有______．
（5）整个流程有三处循环，一是Fe（OH）3循环，二是______循环，三是N2、H2循环．
正确答案
3H2S+2Fe（OH）3═Fe2S3+6H2O
2.7n
2.5n
B
CH4、H2O、空气
K2CO3、Fe（OH）3
K2CO3（aq）
解析
（1）流程图中已给出反应物是H2S和Fe（OH）3，生成物是Fe2S3和H2O，CH4没有参与反应，所以天然气脱硫时的化学方程式为3H2S+2Fe（OH）3═Fe2S3+6H2O，
故答案为：3H2S+2Fe（OH）3═Fe2S3+6H2O；
（2）根据方程式CH4+H2O→CO+3H2可知，生成CO0.9nmol，则生成氢气3×0.9nmol=2.7nmol．二次转化后，CH4全部转化为CO，即工生成nmolCO，和水蒸气反应：CO+H2O→CO2+H2，又产生nmol氢气，因此总共生成3.7nmol氢气，所以若后面几步转化各物质均完全反应，则理论上可制备得到氨气3.7nmol×2×
故答案为：2.7n，2.5n；
（3）CO2为气体，与K2CO3（aq）反应体积减小，所以加压有利于平衡右移，依据是勒夏特列原理，故选B；
（4）根据流程示意图可知，该合成氨工艺主要起始原料是CH4、H2O、空气，而辅助原料是K2CO3、Fe（OH）3，故答案为：CH4、H2O、空气；K2CO3；Fe（OH）3；
（5）合根据流程示意图可知，循环利用的物质除了氢氧化铁、氮气和氢气外，还有碳酸钾，故答案为：K2CO3（aq）．
NH3是一种重要的工业原料．下列关于合成氨的说法中，不正确的是（ ）
正确答案
解析
解：NH3是一种重要的工业原料．合成氨反应为：N2+3H2
A．氮肥厂利用氮气和氢气在有铁存在的情况下合成氨，铁是该反应的催化剂，催化剂可降低反应物的活化能，提高活化分子百分数，活化分子数目增多，提高了反应速率，故A正确；
B．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℃，压强在20～50Mpa之间，故B正确；
C．根据工业生产中，要求经济利益最大化，空气中有大量氮气，氮气来自空气廉价，氢气来自水和碳氢化合物，故C正确；
D．该反应为可逆反应，可逆反应在一定条件下达到化学反应限度时，可逆反应到达平衡状态，正逆反应速率相等，反应物不可能完全转化，故D错误；
故选D．
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