Question

【题目】工业上利用脱硫后的天然气合成氨的某流程如下：

（1）“一次转化”中H2O（g）过量的目的是______。

（2）已知部分物质燃烧的热化学方程式如下：

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

“二次转化”时CH4和O2反应生成CO和H2的热化学方程式为______。

（3）“CO变换”的反应是CO（g）+H2O（g）CO2（g）+H2（g）某温度下，该反应的平衡常数K=1，若要使CO的转化率达到90%，则起始时c（H2O）：c（CO）应不低于______。

（4）“脱碳”后的溶液再生的方法是______（以化学方程式表示）。

（5）“净化”时发生的反应为 [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______（选填序号）。

a 升温b 降温c 加压d 减压

（6）已知N2（g）+3H2（g）2NH3（g）△H＜0，平衡时NH3的物质的量分数c（NH3）与氢氮比x（H2与N2的物质的量比）的关系如图：

①T1______T2（填“＞”、“=”或“＜”）。

②a点总压为50Mpa，T2时Kp=______（Mpa）-2（用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数）

③实验测得一定条件下合成氨反应的速率方程为v=kc（N2）c1.5（H2）c-1（NH3）。以下措施既能加快反应速率，又能提高H2平衡转化率的是______

a 加压b 使用催化剂c 增大氢氮比d 分离NH3

Answer 1

【答案】增大CH4的平衡转化率 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）增大反应物浓度，平衡正向移动，提高另一原料的利用率或平衡转化率；

（2）依据盖斯定律计算；

（3）由题给条件建立如下三段式计算；

（4）“脱碳”原料为K2CO3，“脱碳”后的溶液为KHCO3或KHCO3、K2CO3混合溶液；

（5）反应[Cu（NH3）2]Ac（aq）+CO（g）+NH3（g）[Cu（NH3）3CO]Ac（aq）正向是体积减小的反应；

（6）①分析反应图象可知，平衡后，其它条件相同时，T2温度下生成物NH3的体积分数大于T1，而合成氨反应正向放热；

②由题给条件建立如下三段式计算；

③压缩气体增大压强、增大c（N2）等既能加快反应速率，又能提高H2平衡转化率；催化剂只加快反应速率，不改变反应进程，平衡不移动；增大氢氮比，相当增大c（H2），反应正向进行；

（1）增大反应物浓度，平衡正向移动，提高另一原料的利用率或平衡转化率，所以“一次转化”中H2O（g）过量的目的是增大CH4的平衡转化率，故答案为：增大CH4的平衡转化率；

（2）已知反应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，由盖斯定律③×2-②-①×2有CH4和O2反应生成CO和H2的热化学方程式为2CH4（g）+O2（g）=2CO（g）+4H2（g）△H=（-802kJmol-1）×2-（-566kJmol-1）-（-484kJmol-1）×2=-70kJmol-1，故答案为：2CH4（g）+O2（g）=2CO（g）+4H2（g）△H=-70kJmol-1；

（3）设起始时c（H2O）=a，c（CO）=1mol/L，由题给条件建立如下三段式：

CO（g）+H2O（g）CO2（g）+H2（g）

起始浓度（mol/L） 1 a 0 0

变化浓度（mol/L） 0.9 0.9 0.9 0.9

平衡浓度（mol/L） 0.1a-0.9 0.9 0.9

则平衡常数K===1，解得a=9mol/L，所以CO的转化率达到90%，起始时c（H2O）：c（CO）≥9：1，故答案为：9：1；

（4）“脱碳”原料为K2CO3，“脱碳”后的溶液为KHCO3或KHCO3、K2CO3混合溶液，KHCO3对热不稳定，加热可转化为K2CO3重复使用，反应的化学方程式为KHCO3K2CO3+CO2↑+H2O，故答案为：KHCO3K2CO3+CO2↑+H2O；

（5）反应[Cu（NH3）2]Ac（aq）+CO（g）+NH3（g）[Cu（NH3）3CO]Ac（aq）正向是体积减小的反应，增大压强、降低温度均可使反应正向进行提高CO的利用率，bc正确，故答案为：bc；

（6）①分析反应图象可知，平衡后，其它条件相同时，T2温度下生成物NH3的体积分数大于T1，而合成氨反应正向放热，达到平衡后，升高温度时平衡逆向进行、氨气的体积分数降低，并且温度越高、氨气的体积分数越小，所以T1＞T2，故答案为：＞；

②a点坐标为（3，0.2），设n（N2）=1mol，则n（H2）=3mol，反应的三段式为

N2（g）+3H2（g）2NH3（g）

起始量（mol） 1 3 0

变化量（mol） x 3x 2x

平衡量（mol） 1-x3-3x2x

NH3的体积分数==0.2，解得x=，p（N2）==10Mpa，p（H2）=30Mpa，p（NH3）=10Mpa，压强平衡常数Kp===（Mpa）-2=3.7×10-4（Mpa）-2，故答案为：3.7×10-4；

③压缩气体增大压强、增大c（N2）等既能加快反应速率，又能提高H2平衡转化率，结合速率方程可知c（NH3）越小，反应速率越大，并且分离氨气，平衡正向移动可提高；催化剂只加快反应速率，不改变反应进程，不能提高H2平衡转化率；增大氢氮比，相当增大c（H2），反应正向进行，但H2平衡转化率降低，所以既能加快反应速率，又能提高H2平衡转化率的措施为ac，故答案为：ac。