Question

【題目】下圖為工業(yè)合成氨生產(chǎn)簡易流程圖：

回答下列問題：

（1）合成氨所需的氮氣來源于__________；合成氨所需的原料氣氫氣可由天然氣制備，其主要反應(yīng)為CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g)；CH4和O2的反應(yīng)：2CH4(g)+O2(g)=2CO(g)+4H2(g).CH4和H2O(g)及富氧空氣(O2含量較高，不同富氧空氣中氧氣含量不同)混合反應(yīng)，產(chǎn)物氣體組成如下表：

計算該富氧空氣中O2和N2的體積比V(O2):V(N2)=__________。

（2）在合成氨的原料氣中混有的雜質(zhì)必須除去的原因是__________；

上述流程中熱交換器的作用是__________。從合成塔出來的混合氣體，通常僅含有15%(體積分?jǐn)?shù))的氨。為提高原料的利用率，通常采取的措施是__________。

（3）合成氮為放熱反應(yīng)，但工業(yè)上采用400℃-500℃的溫度，主要原因是：

①該溫度范圍內(nèi)反應(yīng)速率較快，②__________。

（4）氨可與CO2反應(yīng)制備尿素(CO(NH2)2]，反應(yīng)過程分為兩步，試寫出有關(guān)的化學(xué)方程式：

①氮氣與二氧化碳在加熱加壓條件下化合生成氨基甲酸銨(H2NCOONH4):__________。

②氨基甲酸銨受熱分解為尿素與水：__________。

（5）新法合成氨常采用電解法合成。即常壓下將氫氣和用氫氣稀釋的氮氣分別通入一個加熱到570℃的電解池中，氫氣和氮氣在電極上合成了氨，大大提高了氨的產(chǎn)率，新法合成氨所用的電解質(zhì)能傳導(dǎo)H+，則陰極的電極反應(yīng)式為__________。

Answer 1

【答案】（1）空氣；2:3

（2）防止催化劑中毒；熱交換器是利用合成氨和氨冷凝放出的熱量來加熱原料氣體或預(yù)熱反應(yīng)混合氣；將N2，H2循環(huán)利用；

（3）該溫度下催化劑的活性較大；

（4）2NH3+CO2H2NCOONH4，H2NCOONH4H2NCONH2+H2O

（5）N2+6H++6e-=2NH3

【解析】

試題分析：（1）合成氨所需的氮氣來源于空氣，

設(shè)H2O為xmol，O2為ymol，則

x+2y＝25，3x+4y＝60，解得：x=10，y=7.5，

V(O2):V(N2)＝=

故答案為：空氣；；

（2）在合成氨的原料氣中混有的雜質(zhì)會使催化劑中毒，因此必須除去，流程中熱交換器可以使合成氨和氨冷凝放出的熱量用來加熱原料氣體或預(yù)熱反應(yīng)混合氣；將N2，H2循環(huán)利用，可以提高原料的利用率，故答案為：防止催化劑中毒；熱交換器是利用合成氨和氨冷凝放出的熱量來加熱原料氣體或預(yù)熱反應(yīng)混合氣；將N2，H2循環(huán)利用；

（3）合成氮為放熱反應(yīng)，但工業(yè)上采用400℃-500℃的溫度，主要原因是：①該溫度范圍內(nèi)反應(yīng)速率較快，②該溫度下催化劑的活性較大，故答案為：該溫度下催化劑的活性較大；

（4）氨可與CO2反應(yīng)制備尿素(CO(NH2)2]，①氮氣與二氧化碳在加熱加壓條件下化合生成氨基甲酸銨(H2NCOONH4)，反應(yīng)的方程式為2NH3+CO2H2NCOONH4，故答案為：2NH3+CO2H2NCOONH4；

②氨基甲酸銨受熱分解為尿素與水，反應(yīng)的方程式為H2NCOONH4H2NCONH2+H2O，故答案為：H2NCOONH4H2NCONH2+H2O；

（5）在電解池中，氫氣和氮氣在電極上合成了氨，總反應(yīng)為N2+3H22NH3，陰極上發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為N2+6H++6e-=2NH3， 故答案為：N2+6H++6e-=2NH3。