Question

(10分)合成氨反应原理为：N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g) ΔH＝－92．4 kJ·mol－1 一种工业合成氨的简易流程图如下：

（1）步骤Ⅱ中制氢气原理如下：

①CH4(g)＋H2O(g) CO(g)＋3H2(g) ΔH＝＋206．4 kJ·mol－1

②CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g) ΔH＝－41．2 kJ·mol－1

对于反应①，一定可以提高平衡体系中H2百分含量，又能加快反应速率的措施是 ________。

a．升高温度 b．增大水蒸气浓度 c．加入催化剂 d．缩小容器的体积

利用反应②，将CO进一步转化，可提高H2产量。若2 mol CO和H2的混合气体(CO的体积分数为20%)与H2O反应，得到2．2 mol CO、CO2和H2的混合气体，则CO转化率为________。

（2）图中表示500℃、60．0 MPa条件下，原料气投料比与平衡时NH3体积分数的关系。根据图中a点数据计算H2的平衡体积分数：________。

（3）上述流程图中，使合成氨放出的能量得到充分利用的主要步骤是(填序号)________。简述两点本流程中提高合成氨原料总转化率的方法：_______________________________________。

 

Answer 1

（1） a 50% （2） 43．5% （3）Ⅳ 对原料气加压；分离液氨后，未反应的N2、H2循环使用

【解析】

试题分析：对于反应①加快反应速率的措施有升高温度、增大压强、增大物质浓度、加入催化剂；提高平衡体系中H2百分含量的措施有升高温度、减小压强，增大水蒸气浓度有可能使H2百分含量增大，也可能减小，故对于反应①，一定可以提高平衡体系中H2百分含量，又能加快反应速率的措施是升高温度；利用反应②，将CO进一步转化，可提高H2产量。若2 mol CO和H2的混合气体(CO的体积分数为20%)与H2O反应，可知原来混合气体中存在CO为0．4mol，反应后得到2．2 mol CO、CO2和H2的混合气体，可知反应后混合气体中CO2生成了0．2mol，则CO转化量为0．2mol，CO转化率为50%；图中表示500℃、60．0 MPa条件下，原料气投料比与平衡时NH3体积分数的关系，图中a点数据投料比为3，等于反应系数比，则平衡时N2、H2的体积分数比为1:3，NH3的体积分数为42%，可得H2的平衡体积分数为（1-42%）=43．5%；上述流程图中能量的综合利用为第Ⅳ步中热交换利用废热加热气体，通过流程图可知本流程中提高合成氨原料总转化率的方法对原料气加压；分离液氨后，未反应的N2、H2循环使用等。

考点：简易工艺流程与化学反应原理综合题。