Question

【題目】下圖為工業(yè)合成氨生產(chǎn)簡(jiǎn)易流程圖：

回答下列問(wèn)題：

（1）合成氨所需的氮?dú)鈦?lái)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(jì)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(lái)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(guò)程分為兩步，試寫(xiě)出有關(guān)的化學(xué)方程式：

①氮?dú)馀c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?dú)夥謩e通入一個(gè)加熱到570℃的電解池中，氫氣和氮?dú)庠陔姌O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(lái)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?dú)鈦?lái)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(huì)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(lái)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(lái)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?dú)馀c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?dú)庠陔姌O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。