Question

合成氨的流程示意图如下：

回答下列问题：

(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是____________、____________；氢气的来源是水和碳氢化合物，写出分别采用煤和天然气为原料制取氢气的化学方程式________________________，__________________________。

(2)设备A中含有电加热器，触媒和热交换器，设备A的名称是________，其中发生的化学反应方程式为__________________________。

(3)设备B的名称为________，其中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________________________________________。

(4)设备C的作用是____________________________________________。

(5)在原料气制备过程中混有的CO对催化剂有毒害作用，欲除去原料气中的CO，可通过如下反应来实现：

CO(g)＋H₂O(g) CO₂(g)＋H₂(g)

已知1 000 K时该反应的平衡常数K＝0.627，若要使CO的转化率超过90%，则起始物中c(H₂O)∶c(CO)不低于________。

Answer

(1)液化、分馏 与C反应后除去CO2 C＋H2O(g) CO＋H2 CH4＋H2O(g) CO＋3H2 (2)合成塔 N2＋3H22NH3 (3)冷却塔 n 高温气体由冷却塔的上端进入，冷却水应从下端进入，逆向冷却效果好 (4)将液氨和未反应的原料气分离

(5)13.8

【解析】(1)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；另一种方法是将空气与C反应后除去CO2，采用煤和天然气制备H2的化学方程式分别为：C＋H2O(g) CO＋H2、CH4＋H2O(g) CO＋3H2；(2)合成氨的设备为合成塔；发生的反应是N2＋3H22NH3；(3)冷凝分离氨气的设备为冷却塔；为了增强冷却效果，冷却水应从下端进入，逆向冷却效果好；(4)设备C是分离器，能将液氨和未反应的原料分离；(5)设CO、H2O的起始浓度分别为x mol·L－1、y mol·L－1，且CO的转化率为90%，则

CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g)

起始浓度(mol·L－1) x y 0 0

转化浓度(mol·L－1) 0.9x 0.9x 0.9x 0.9x

平衡浓度(mol·L－1) 0.1x y－0.9x 0.9x 0.9x

K=＝0.627，得： ≈13.8，只要增加H2O量，就可提高CO的转化率。