Question

12．合成氨的流程示意圖如下．

請回答下列問題．
（1）設(shè)備A中含有電加熱器，觸媒和熱交換器，其中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)方程式為N₂+3H₂2NH₃，設(shè)備A的名稱是合成塔；
（2）設(shè)備B中m和n是兩個通水口，入水口是n（填“m”或“n”）；不宜從相反方向通水的原因是高溫氣體從冷卻塔的上端進入，冷卻水應(yīng)從下端進入，逆向冷卻效果好．
（3）工業(yè)合成氨的原料是氮氣和氫氣．氮氣是從空氣中分離出來的，通常使用的兩種分離方法是液化，分餾．
（4）天然氣、重油、煤都可以與水反應(yīng)制得氫氣．下表是某合成氨廠采用不同原料的相對投資和能量消耗．

原料	天然氣	重油	煤
相對投資費用	1.0	1.5	2.0
能量消耗/J•t-1	28109	38109	48109

①依據(jù)上表信息，你認為采用天然氣為原料最好．
②請寫出甲烷在高溫、催化劑的作用下與水蒸氣反應(yīng)生成氫氣和一氧化碳的化學(xué)方程式：CH₄+H₂O$\frac{\underline{\;\;\;高溫\;\;\;}}{催化劑}$CO+3H₂．
③已知C（s）、CO（g）和H₂（g）完全燃燒的熱化學(xué)方程式分別為：
C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H=-394kJ/mol
2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-566kJ/mol
2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H=-484kJ/mol
試寫出由C與水蒸氣在高溫條件下反應(yīng)生成氫氣與一氧化碳的熱化學(xué)方程式C_（S）+H₂O_（g）$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CO_（g）+H_2（g） △H=+131KJ/mol．
（5）在合成氨生產(chǎn)中，將生成的氨及時從反應(yīng)后的氣體中分離出來．運用化學(xué)平衡的知識分析這樣做的理由：移走氨氣，減小生成物濃度，平衡右移，有利于氨合成．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)合成氨的工業(yè)流程進行解答，發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)為氮氣和氫氣合成氨氣；
（2）根據(jù)冷卻的原理和水的重力的影響進行解答；
（3）根據(jù)需分離物質(zhì)的物理性質(zhì)進行解答；
（4）①依據(jù)表中信息進行對比解答；
②根據(jù)質(zhì)量守恒進行解答；
③根據(jù)蓋斯定律進行解答；
（5）根據(jù)影響化學(xué)平衡的因素進行解答．

解答 解：（1）合成氨工業(yè)流程：原料氣制備、原料氣凈化和壓縮、氨的合成、氨的分離，冷凝分離氨氣的設(shè)備為冷卻塔；設(shè)備A中含有電加熱器，觸媒和熱交換器，說明發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)方程式為：N₂+3H₂2NH₃，設(shè)備A的作用是能將氮氣和氫氣反應(yīng)，所以設(shè)備A的名稱是合成塔，
故答案為：N₂+3H₂2NH₃；合成塔；
（2）為了增強冷卻效果，冷卻水應(yīng)從下端進入，逆向冷卻效果好，所以入水口為n，
故答案為：n；高溫氣體從冷卻塔的上端進入，冷卻水應(yīng)從下端進入，逆向冷卻效果好；
（3）將液氨和未反應(yīng)的原料分離，利用空氣中氮氣的沸點比氧氣的沸點低，先將空氣加壓降溫變成液態(tài)，然后再加熱，使氮氣首先從液態(tài)空氣中蒸發(fā)出來，留下的就是液態(tài)氧氣．故分離方法是液化和分餾，
故答案為：液化；分餾；
（4）①根據(jù)合成氨廠采用不同原料的相對投資和能量消耗表，天然氣相對投資費用1.0，能量消耗28109J•t^-1，天然氣相對投資費用1.5，能量消耗28109×1.5J•t^-1，天然氣相對投資費用2.0，能量消耗2×28109J•t^-1，相對于重油和煤，天然氣為原料最好，
故答案為：天然氣；
②甲烷在高溫、催化劑的作用下與水蒸氣反應(yīng)；生成氫氣和一氧化碳，根據(jù)題干中提供的反應(yīng)物和生成物，再根據(jù)質(zhì)量守恒，即可得出CH₄+H₂O$\frac{\underline{\;\;\;高溫\;\;\;}}{催化劑}$CO+3H₂，
故答案為：CH₄+H₂O$\frac{\underline{\;\;\;高溫\;\;\;}}{催化劑}$CO+3H₂；
③C（s）、CO（g）和H₂（g）完全燃燒的熱化學(xué)方程式分別為：
C（s）+O₂（g）═CO₂（g）△H=-394kJ/mol；A
2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H=-566kJ/mol；B
2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-484kJ/mol；C
將ABC三式作如下變換，A-$\frac{1}{2}$C-$\frac{1}{2}$B可得C_（S）+H₂O_（g）$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CO_（g）+H_2（g） △H=+131KJ/mol，
故答案為：C_（S）+H₂O_（g）$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CO_（g）+H_2（g） △H=+131KJ/mol；
（5）N₂+3H₂2NH₃，該反應(yīng)為可逆反應(yīng)，從化學(xué)平衡移動的角度考慮，減少生成物的濃度，化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向移動，
故答案為：移走氨氣，減小生成物濃度，平衡右移，有利于氨合成．

點評 本題是一道化學(xué)和工業(yè)生產(chǎn)聯(lián)系的題目，主要考查了合成氨工業(yè)，掌握合成氨工業(yè)的流程和設(shè)備，結(jié)合化學(xué)平衡的原理解答是關(guān)鍵，難度中等．