问题 问答题

我国有丰富的天然气资源.以天然气为原料合成尿素的主要步骤如图所示(图中某些转化步骤及生成物未列出):

(1)“造合成气”发生的热化学方程式是CH4(g)+H2O(g)⇌CO(g)+3H2(g);△H>0

在恒温恒容的条件下,欲提高CH4的反应速率和转化率,下列措施可行的是______.

A、增大压强    B、升高温度  C、充入He气    D、增大水蒸气浓度

(2)“转化一氧化碳”发生的方程式是H2O(g)+CO(g)⇌H2(g)+CO2(g),该反应平衡常数随温度的变化如下:

温度/℃400500800
平衡常数K9.9491
提高氢碳比[n(H2O)/n(CO)],K值______(填“增大”、“不变”或“减小”);若该反应在400℃时进行,起始通入等物质的量的H2O和CO,反应进行到某一时刻时CO和CO2的浓度比为1:3,此时v(正)______v(逆)(填“>”、“=”或“<”).

(3)有关合成氨工业的说法中正确的是______.

A、该反应属于人工固氮

B、合成氨工业中使用催化剂能提高反应物的利用率

C、合成氨反应温度控制在500℃左右,目的是使化学平衡向正反应方向移动

D、合成氨工业采用循环操作的主要原因是为了加快反应速率

(4)生产尿素过程中,理论上n(NH3):n(CO2)的最佳配比为______,而实际生产过程中,往往使n(NH3):n(CO2)≥3,这是因为______.

(5)当甲烷合成氨气的转化率为60%时,以3.0×108L甲烷为原料能够合成______L 氨气.(假设体积均在标准状况下测定)

答案

(1)A、增大压强,反应速率加快,平衡向逆反应方向移动,甲烷的转化率降低,故A错误;

B、升高温度,反应速率加快,平衡向正反应方向移动,甲烷的转化率增大,故B正确;

C、充入He气,反应混合物的浓度不变,反应速率不变,平衡不移动,甲烷的转化率不变,故C错误;

D、增大水蒸气浓度,反应速率加快,平衡向逆反应方向移动,甲烷的转化率增大,故D正确;

故答案为:BD;

(2)平衡常数只受温度影响,与反应物的浓度无关,提高氢碳比[n(H2O)/n(CO)],K值不变;

令开始H2O和CO的物质的量都是1mol,某一时刻时CO和CO2的浓度比为1:3,设此时参加反应CO为xmol,则(1-x):x=1:3,解得x=0.75,则:

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

  开始(mol):1       1        0      0

  变化(mol):0.75    0.75     0.75   0.75

某时刻(mol):0.25    0.25     0.75   0.75

故产生浓度商Qc=

0.75×0.75
0.25×0.25
=9<9.94,反应向正反应进行,故v(正)>v(逆),

故答案为:不变;>;

(3)A.固氮指由游离态的氮转化为化合态的氮,合成氨属于人工固氮,故A正确;

B.催化剂加快反应速率,不能影响平衡移动,不能提高反应物的利用率,故B错误;

C.该反应正反应是放热反应,高温不利用氨气的合成,合成氨反应温度控制在500℃左右,在该温度下反应速率较快、催化剂活性较高,故C错误;

D.合成氨工业采用循环操作,目的是提高原料的利用率,故D错误;

故答案为:A;

(4)根据尿素的化学式CO(NH22,C、N原子完全利用最后,由C、N原子守恒可知生产尿素过程中,理论上n(NH3):n(CO2)的最佳配比为2:1;

往往使n(NH3):n(CO2)≥3,这是由于:有利于提高CO2的转化率,且NH3极易溶于水,便于分离、回收利用;

故答案为:2:1;有利于提高CO2的转化率,且NH3极易溶于水,便于分离、回收利用;

(5)由CH4(g)+H2O(g)⇌CO(g)+3H2(g),N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g),可得CH4(g)~3H2(g)~2NH3(g),设能够合成氨气的体积为VL,则:

   CH4(g)~3H2(g)~2NH3(g),

    1                  2

3.0×108L×60%          VL

故V=3.0×108L×60%×2=3.6×108L

合成气的反应中:CH4~~~~~~~~~CO~~~~~~~~~~3H2

         3.0×108L×60%     3.0×108L×60%    3.0×108L×60%×3

分离二氧化碳过程生成的H2体积:CO~~~~~~~~~~H2

                         3.0×108L×60%    3.0×108L×60%    

所以产生的氢气的总体积为3.0×108L×60%×3+3.0×108L×60%=12×108L×60%

令产生氨气的体积为V,则:

       3H2~~~~~~~~~2NH3

       3                    2

       12×108L×60%         V

故V=12×108L×60%×

2
3
=4.8×108L      

故答案为:4.8×108

选择题
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