Question

【題目】工業(yè)上利用脫硫后的天然氣合成氨的某流程如下：

（1）“一次轉(zhuǎn)化”中H2O（g）過(guò)量的目的是______。

（2）已知部分物質(zhì)燃燒的熱化學(xué)方程式如下：

2H2（g）+O2（g）=2H2O（g）△H=-484kJmol-1

2CO（g）+O2（g）=2CO2（g）△H=-566kJmol-1

CH4（g）+2O2（g）=CO2（g）+2H2O（g）△H=-802kJmol-1

“二次轉(zhuǎn)化”時(shí)CH4和O2反應(yīng)生成CO和H2的熱化學(xué)方程式為______。

（3）“CO變換”的反應(yīng)是CO（g）+H2O（g）CO2（g）+H2（g）某溫度下，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=1，若要使CO的轉(zhuǎn)化率達(dá)到90%，則起始時(shí)c（H2O）：c（CO）應(yīng)不低于______。

（4）“脫碳”后的溶液再生的方法是______（以化學(xué)方程式表示）。

（5）“凈化”時(shí)發(fā)生的反應(yīng)為 [Cu（NH3）2]Ac（aq）+CO（g）+NH3（g）[Cu（NH3）3CO]Ac（aq），△H＜0。充分吸收CO采取的措施是______（選填序號(hào)）。

a 升溫b 降溫c 加壓d 減壓

（6）已知N2（g）+3H2（g）2NH3（g）△H＜0，平衡時(shí)NH3的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)c（NH3）與氫氮比x（H2與N2的物質(zhì)的量比）的關(guān)系如圖：

①T1______T2（填“＞”、“=”或“＜”）。

②a點(diǎn)總壓為50Mpa，T2時(shí)Kp=______（Mpa）-2（用平衡分壓代替平衡濃度計(jì)算，分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)）

③實(shí)驗(yàn)測(cè)得一定條件下合成氨反應(yīng)的速率方程為v=kc（N2）c1.5（H2）c-1（NH3）。以下措施既能加快反應(yīng)速率，又能提高H2平衡轉(zhuǎn)化率的是______

a 加壓b 使用催化劑c 增大氫氮比d 分離NH3

Answer 1

【答案】增大CH4的平衡轉(zhuǎn)化率 2CH4（g）+O2（g）=2CO（g）+4H2（g）△H=-70kJmol-1 9：1 KHCO3K2CO3+CO2↑+H2O bc ＞ 3.7×10-4 ad

【解析】

（1）增大反應(yīng)物濃度，平衡正向移動(dòng)，提高另一原料的利用率或平衡轉(zhuǎn)化率；

（2）依據(jù)蓋斯定律計(jì)算；

（3）由題給條件建立如下三段式計(jì)算；

（4）“脫碳”原料為K2CO3，“脫碳”后的溶液為KHCO3或KHCO3、K2CO3混合溶液；

（5）反應(yīng)[Cu（NH3）2]Ac（aq）+CO（g）+NH3（g）[Cu（NH3）3CO]Ac（aq）正向是體積減小的反應(yīng)；

（6）①分析反應(yīng)圖象可知，平衡后，其它條件相同時(shí)，T2溫度下生成物NH3的體積分?jǐn)?shù)大于T1，而合成氨反應(yīng)正向放熱；

②由題給條件建立如下三段式計(jì)算；

③壓縮氣體增大壓強(qiáng)、增大c（N2）等既能加快反應(yīng)速率，又能提高H2平衡轉(zhuǎn)化率；催化劑只加快反應(yīng)速率，不改變反應(yīng)進(jìn)程，平衡不移動(dòng)；增大氫氮比，相當(dāng)增大c（H2），反應(yīng)正向進(jìn)行；

（1）增大反應(yīng)物濃度，平衡正向移動(dòng)，提高另一原料的利用率或平衡轉(zhuǎn)化率，所以“一次轉(zhuǎn)化”中H2O（g）過(guò)量的目的是增大CH4的平衡轉(zhuǎn)化率，故答案為：增大CH4的平衡轉(zhuǎn)化率；

（2）已知反應(yīng)①2H2（g）+O2（g）=2H2O（g）△H=-484kJmol-1②2CO（g）+O2（g）=2CO2（g）△H=-566kJmol-1③CH4（g）+2O2（g）=CO2（g）+2H2O（g）△H=-802kJmol-1，由蓋斯定律③×2-②-①×2有CH4和O2反應(yīng)生成CO和H2的熱化學(xué)方程式為2CH4（g）+O2（g）=2CO（g）+4H2（g）△H=（-802kJmol-1）×2-（-566kJmol-1）-（-484kJmol-1）×2=-70kJmol-1，故答案為：2CH4（g）+O2（g）=2CO（g）+4H2（g）△H=-70kJmol-1；

（3）設(shè)起始時(shí)c（H2O）=a，c（CO）=1mol/L，由題給條件建立如下三段式：

CO（g）+H2O（g）CO2（g）+H2（g）

起始濃度（mol/L） 1 a 0 0

變化濃度（mol/L） 0.9 0.9 0.9 0.9

平衡濃度（mol/L） 0.1a-0.9 0.9 0.9

則平衡常數(shù)K===1，解得a=9mol/L，所以CO的轉(zhuǎn)化率達(dá)到90%，起始時(shí)c（H2O）：c（CO）≥9：1，故答案為：9：1；

（4）“脫碳”原料為K2CO3，“脫碳”后的溶液為KHCO3或KHCO3、K2CO3混合溶液，KHCO3對(duì)熱不穩(wěn)定，加熱可轉(zhuǎn)化為K2CO3重復(fù)使用，反應(yīng)的化學(xué)方程式為KHCO3K2CO3+CO2↑+H2O，故答案為：KHCO3K2CO3+CO2↑+H2O；

（5）反應(yīng)[Cu（NH3）2]Ac（aq）+CO（g）+NH3（g）[Cu（NH3）3CO]Ac（aq）正向是體積減小的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)、降低溫度均可使反應(yīng)正向進(jìn)行提高CO的利用率，bc正確，故答案為：bc；

（6）①分析反應(yīng)圖象可知，平衡后，其它條件相同時(shí)，T2溫度下生成物NH3的體積分?jǐn)?shù)大于T1，而合成氨反應(yīng)正向放熱，達(dá)到平衡后，升高溫度時(shí)平衡逆向進(jìn)行、氨氣的體積分?jǐn)?shù)降低，并且溫度越高、氨氣的體積分?jǐn)?shù)越小，所以T1＞T2，故答案為：＞；

②a點(diǎn)坐標(biāo)為（3，0.2），設(shè)n（N2）=1mol，則n（H2）=3mol，反應(yīng)的三段式為

N2（g）+3H2（g）2NH3（g）

起始量（mol） 1 3 0

變化量（mol） x 3x 2x

平衡量（mol） 1-x3-3x2x

NH3的體積分?jǐn)?shù)==0.2，解得x=，p（N2）==10Mpa，p（H2）=30Mpa，p（NH3）=10Mpa，壓強(qiáng)平衡常數(shù)Kp===（Mpa）-2=3.7×10-4（Mpa）-2，故答案為：3.7×10-4；

③壓縮氣體增大壓強(qiáng)、增大c（N2）等既能加快反應(yīng)速率，又能提高H2平衡轉(zhuǎn)化率，結(jié)合速率方程可知c（NH3）越小，反應(yīng)速率越大，并且分離氨氣，平衡正向移動(dòng)可提高；催化劑只加快反應(yīng)速率，不改變反應(yīng)進(jìn)程，不能提高H2平衡轉(zhuǎn)化率；增大氫氮比，相當(dāng)增大c（H2），反應(yīng)正向進(jìn)行，但H2平衡轉(zhuǎn)化率降低，所以既能加快反應(yīng)速率，又能提高H2平衡轉(zhuǎn)化率的措施為ac，故答案為：ac。