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反应方程式             ，            ；

（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的名称是     ，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，可通过以下反应来实现：

CO(g)+H₂O(g)CO₂(g)+H₂(g)

已知1000K时该反应的平衡常数K=0.627，若要使CO的转化率超过90%，则起始物中的c(H₂O):c(CO)不低于       。

Answer

：（1）液化、分馏；与碳反应后除去CO2；C+H2OCO+H2；CH4+H2OCO+3H2；（2）合成（氨）塔；N2(g)+3H2(g)2NH3(g)；（3）冷却塔（或冷凝器）；n；高温气体由冷却塔的上端进入，冷却水从下端进入，逆向冷却效果好；（4）将液氨与未反应的原料气分离；（5）13.8。

【解析】：(1)分离空气提取氮气的方法一种是液化和分馏；另一种方法是与碳反应后除去CO2；制取氢气的两个方程式分别为：C+H2OCO+H2；CH4+H2OCO+3H2；(2)合成氨的设备名称是合成塔；合成氨的方程式为：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)；(3)冷凝分离产品设备为冷却塔或冷凝器，入水口应该在下面，此时水流和气流是逆向的，冷凝效果好；(4)分离器是气——固分离用设备，分离液氨和未反应的原料气；(5)设CO、H2O起始浓度分别为x、ymol/L，则转化的CO的最小值为0.9x

CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)

起始 x y 0 0

变化 0.9x 0.9x 0.9x 0.9x

平衡 0.9x y-0.9x 0.9x 0.9x，根据平衡常数列式：（0.9x）2/0.1x（y-0.9x）=0.627，解得：y/x=13.8。故此只要此值大于13.8，转化率就会超过90%。

【考点定位】此题以合成氨反应为载体，综合考查了化学与技术模块的主干知识。