Question

【选修-化学与技术】合成氨工业的主要反应为：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H＜O，下图是合成氨的简要流程示意图：
（1）写出设备A、B的名称：A

热交换器

，B

合成塔

；沿X路线进入压缩机的物质是

N₂和H₂

．
（2）原料气往往混有CO、NH₃等杂质，在进入合成塔之前需净化，净化的原因是

防止催化剂中毒

．
（3）氮、氢混合气体送入合成塔前要通过压缩机压缩的原因是

增大压强，加快反应速率，使平衡朝生成NH₃的方向进行

；在合成塔中及时分离出氨气的目的是

减小生成物的浓度，使平衡朝生成NH₃的方向进行

．
（4）工业合成氨的反应为：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H＜O，当压强为30MPa，温度为500℃时，在容积为1L的密闭容器中充入1molN₂和3molH₂，反应达到平衡时NH₃的体积分数为20%，求此时的平衡常数

0.083

．
（5）合成塔从上到下将催化剂分成四层，在层与层之间冷激气（冷的原料气）和反应气混合，请问这样设计的原因是什么？

冷激气与每一层的反应混合气及时进行热交换，既预热原料气，又保证反应混合气的温度控制在500℃左右，使每一层的催化剂都能起到最大的催化作用

．

Answer 1

分析：（1）根据合成氨的问题要熟知设备和反应需要的物质来回答；
（2）实验之前要除杂，防止催化剂中毒；
（3）根据增大压强和减少生成物对反应速率或是平衡移动的影响知识来回答；
（4）根据三行式计算K；
（5）合成氨气的适宜温度选择在500℃左右，使催化剂都能起到最大的催化作用是最终目的．

解答：解：（1）工业合成氨的流程中，原理氮气衡器依次通过的设备分别是：压缩机、热交换器、合成塔、冷凝器，
故答案为：热交换器；合成塔；N₂和H₂；
（2）原料气往往混有CO、NH₃等杂质，在进入合成塔之前为防止催化剂中毒，需进行净化，故答案为：防止催化剂中毒；
（3）氮、氢混合气体送入合成塔前要通过压缩机压缩，来增大压强，这样可以加快化学反应速率，还可以让化学平衡朝生成NH₃的方向进行，减少生成物氨气的浓度可以使化学平衡向着正反应方向进行，
故答案为：增大压强，加快反应速率，使平衡朝生成NH₃的方向进行；减小生成物的浓度，使平衡朝生成NH₃的方向进行；
（4）设氮气的转化量为x，
          N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
   起始浓度 1       3               0
   转化浓度 x       3x              2x
   平衡浓度1-x       3-3x           2x
平衡时NH₃的体积分数为20%，则

2x

4-2x

=20%，解得x=

1

3

，平衡常数K=

( 2 3 )2

1 3 ×23

=0.083
（5）冷的原料气和反应气混合，可以进行热交换，保证反映的温度，让催化剂的催化活性最大，故答案为：冷激气与每一层的反应混合气及时进行热交换，既预热原料气，又保证反应混合气的温度控制在500℃左右，使每一层的催化剂都能起到最大的催化作用．

点评：通过解题，学习这块内容，应该熟悉合成氨的设备、原理，掌握关于平衡的三段式计算方法，难度不大．