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 。
:(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。
:(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。