Question

20．工業(yè)上制取硝酸的主要流程圖如圖

（1）工業(yè)合成氨的原料是N₂和H₂．裝置A的名稱是合成塔；其中N₂可從空
氣中分離出來(lái)，方法是先將空氣液化，然后蒸餾或控制N₂的沸點(diǎn)加熱蒸發(fā)即可得到；
H₂可以水和天然氣為原料在催化劑作用下高溫制取，其化學(xué)方程式為CH₄+H₂O（g） CO+3H₂．
（2）在原料氣制備過(guò)程中混有的CO對(duì)催化劑有毒害作用，欲除去原料氣中的CO，可通過(guò)反應(yīng)CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g）來(lái)實(shí)現(xiàn)．已知1100K時(shí)該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=0.64，若要使CO的轉(zhuǎn)化率超過(guò)80%，則起始物中c（H₂O）：c（CO）不低于5.8．

Answer 1

分析 （1）合成氨中，氮?dú)夂蜌錃庠诤铣伤�中反�?yīng)生成氨氣，氮?dú)�、氧氣都為分子晶體，氮?dú)?小于氧氣，所以分離空氣提取氮?dú)獾姆椒�為先液化、后汽化或蒸餾，先汽化的氣體為氮?dú)猓�以此提取氮�(dú)�，水蒸氣和甲烷反�?yīng)生成一氧化碳和氫氣，據(jù)此書寫方程式；
（2）根據(jù)平衡常數(shù)用三段式法計(jì)算．

解答 解：（1）工業(yè)合成氨的原料是N₂和H₂，合成氨的設(shè)備依次有：壓縮機(jī)、合成塔、冷凝器、氨分離器、循環(huán)壓縮機(jī)，裝置A為合成塔，在其中為壓縮的氮?dú)夂蜌錃夥磻?yīng)生成氨氣，反應(yīng)原料N₂可從空氣中分離出來(lái)，方法是先將空氣液化，然后蒸餾或控制N₂的沸點(diǎn)加熱蒸發(fā)，氮?dú)庀绕�化，即可得到，水蒸氣和甲烷反�?yīng)生成一氧化碳和氫氣，反應(yīng)為：CH₄+H₂O（g） CO+3H₂，
故答案為：合成塔；液化；蒸餾或控制N₂的沸點(diǎn)加熱蒸發(fā)；CH₄+H₂O（g） CO+3H₂； 
（2）設(shè)CO的起始濃度為xmol，H₂O的起始濃度為ymol，則轉(zhuǎn)化的CO的最小值為0.8x，
    CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
起始 x      y         0        0
變化 0.8x  0.8x     0.8x     0.8x
平衡 0.2x y-0.8x     0.8x     0.8x，
根據(jù)平衡常數(shù)列式：$\frac{（0.8x）^{2}}{0.2x×（y-0.8x）}$=0.64，
解得：$\frac{y}{x}$=5.8．故此只要此值大于5.8，轉(zhuǎn)化率就會(huì)超過(guò)80%．
故答案為：5.8．

點(diǎn)評(píng) 本題考查學(xué)生合成氨的原理以及應(yīng)用等知識(shí)，是一道化學(xué)和生產(chǎn)聯(lián)系的考題，涉及物質(zhì)的分離、化學(xué)平衡的等問題，注意利用三段式法計(jì)算較為直觀，題目難度中等．