摘要:在实际生产中采用了 . 先通过冷凝把 从合成塔出来的混合气中分离出来.余下未反应的 混合气用 重新送入 进行反应.同时不断地补充新鲜的原料气.这样氨的合成就形成了一个 .使氢气和氮气得到 . [问题思考]1. 请同学们分析工业生产主要要考虑哪些问题?首要:经济效益与社会效益 基本要求:a.反应快,b.原料利用率高,c.单位时间内产量高

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合成氨生产技术的创立开辟了人工固氮的途径,对化学工业技术也产生了重大影响.合成氨反应的化学方程式为:N2(g)+3H2(g)?3NH3(g),△H=-92.2kJ/mol.合成氨工业中原料气N2可从空气中分离得到,H2可用甲烷在高温下与水蒸气反应制得.我国合成氨工业目前的生产条件为:催化剂-铁触媒,温度-400~500℃,压强-30~50MPa.回答下列问题:
(1)合成氨工业中原料气压缩到30~50MPa的原因是
加压有利于平衡正向移动,提高原料气的转化率
加压有利于平衡正向移动,提高原料气的转化率
.从平衡移动原理分析,低温有利于原料气的转化,实际生产中采用400~500℃的高温,原因之一是考虑到催化剂的催化活性,原因之二是
增加反应速率,缩短达到平衡的时间
增加反应速率,缩短达到平衡的时间

(2)500℃、50MPa时,在容积为VL的容器中加入n mol N2、3n mol H2,反应达平衡后测得平衡常数为K1,此时N2的转化率为x.则K和x的关系满足K=
4xV2
27n2(1-x)4
4xV2
27n2(1-x)4
.若温度为400℃,平衡常数为K2,则K1
K2(填“<”、“=”或“>”)
(3)甲烷在高温下与水蒸气反应反应方程式为:CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g).部分物质的燃烧热数据如下表:
物  质 燃烧热(kJ?mol-1
H2(g) -285.8
CO(g) -283.0
CH4(g) -890.3
已知1mol H2O(g)转变为1mol H2O(l)时放出44.0kJ热量.
①写出CO燃烧的热化学方程式
CO(g)+
1
2
O2(g)=CO2(g)△H=-283.0kJ?mol-1
CO(g)+
1
2
O2(g)=CO2(g)△H=-283.0kJ?mol-1

②2H2(g)+O2(g)═2H2O(g)△H=
-483.6
-483.6
kJ/mol.
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硫酸工业中2SO2(g)+O2(g)
催化剂
2SO3(g);△H<0(放热反应)有关实验数据如下:


压强

SO2
转化率
温度
1×105 Pa 5×105 Pa 10×105 Pa 50×105 Pa 100×105 Pa
450℃ 97.5% 98.9% 99.2% 99.6% 99.7%
550℃ 85.6% 92.9% 94.9% 97.7% 98.3%
(1)在生产中常用过量的空气是为了
使平衡正向移动,提高SO2的转化率
使平衡正向移动,提高SO2的转化率

(2)高温对该反应有何影响?
高温使反应速率加快,缩短了达到平衡所需的时间,但是对SO2的转化不利
高温使反应速率加快,缩短了达到平衡所需的时间,但是对SO2的转化不利
,实际生产中采用400~500℃的温度除了考虑速率因素外,还考虑到
催化剂在该温度下活性最强,催化效果最佳
催化剂在该温度下活性最强,催化效果最佳

(3)增大压强对上述反应有何影响?
加快反应速率,且使平衡正向移动,有利于SO2转化和SO3的生成
加快反应速率,且使平衡正向移动,有利于SO2转化和SO3的生成
,但工业上又常采用常压进行反应,其原因是
常压时SO2的转化率已经很高,无采用高压的必要,况且,采用高压还受动力、设备等条件的限制,提高了成本
常压时SO2的转化率已经很高,无采用高压的必要,况且,采用高压还受动力、设备等条件的限制,提高了成本

(4)常用浓H2SO4而不用水吸收SO3是由于
用水吸收SO3易形成酸雾,吸收效果差,而用浓H2SO4吸收则不易形成酸雾,吸收效果好
用水吸收SO3易形成酸雾,吸收效果差,而用浓H2SO4吸收则不易形成酸雾,吸收效果好
,尾气中SO2必须回收,主要是为了
防止空气污染
防止空气污染
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为解决大气中CO2的含量增大的问题,某科学家提出“绿色自由”构想:把工厂排出的富含CO2的废气经净化吹入碳酸钾溶液吸收,然后再把CO2从溶液中提取出来,经化学反应使废气中的CO2转变为燃料甲醇.“绿色自由”构想的部分技术流程如下:

(1)合成塔中反应的化学方程式为
CO2+3H2
一定条件
→CH3OH+H2O
CO2+3H2
一定条件
→CH3OH+H2O
;△H<0.从平衡移动原理分析,低温有利于提高原料气的平衡转化率.而实际生产中采用300℃的温度,除考虑温度对反应速率的影响外,还主要考虑了
催化剂的催化活性
催化剂的催化活性

(2)从合成塔分离出甲醇的原理与下列
C
C
操作的原理比较相符(填字母).
A.过滤    B.分液    C.蒸馏    D.结晶
(3)工业流程中一定包括“循环利用”,“循环利用”是提高效益、节能环保的重要措施.“绿色自由”构想技术流程中能够“循环利用”的,除K2CO3溶液和CO2、H2外,还包括
高温水蒸气
高温水蒸气

(4)在体积为2L的合成塔中,充入2mol CO2和6mol H2,测得CO2(g)和CH3OH(g)的浓度随时间变化如图所示.从反应开始到平衡,v(H2)=
0.24mol/(L?min)
0.24mol/(L?min)
;能使平衡体系中n(CH3OH)/n(CO2)增大的措施有
增大H2的用量等
增大H2的用量等

(5)如将CO2与H2以1:4的体积比混合,在适当的条件下可制得CH4.已知CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)△H1=-890.3kJ/mol,H2 (g)+
1
2
O2(g)=H2O(l)△H2=-285.8kJ/mol写出CO2(g)与H2(g)反应生成CH4(g)与液态水的热化学方程式
CO2(g)+4H2(g)=CH4(g)+2H2O(l)△H=-252.9kJ/mol
CO2(g)+4H2(g)=CH4(g)+2H2O(l)△H=-252.9kJ/mol
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