Question

我国有丰富的天然气资源。以天然气为原料合成尿素的主要步骤如下图所示（图中某些转化
步骤及生成物未列出）：

（1）“造合成气”发生的热化学方程式是CH₄(g)+H₂O(g) CO(g)+3H₂(g)；△H＞0在恒温恒容的条件下，欲提高CH₄的反应速率和转化率，下列措施可行的是     。
A、增大压强    B、升高温度 C、充入He气   D、增大水蒸气浓度
（2）“转化一氧化碳”发生的方程式是H₂O(g) +CO(g) H₂(g)+CO₂(g)，该反应平衡常数随温度的变化如下：

温度/℃	400	500	800
平衡常数K	9.94	9	1

提高氢碳比[ n（H₂O）/n（CO）]，K值   （填“增大”、“不变”或“减小”）；若该反应在400℃时进行，起始通入等物质的量的H₂O和CO，反应进行到某一时刻时CO和CO₂的浓度比为1∶3，此时v（正）     v（逆）（填“＞”、“＝”或“＜”）。
（3）有关合成氨工业的说法中正确的是       。
A、该反应属于人工固氮
B、合成氨工业中使用催化剂能提高反应物的利用率
C、合成氨反应温度控制在500℃左右，目的是使化学平衡向正反应方向移动
D、合成氨工业采用循环操作的主要原因是为了加快反应速率
（4）生产尿素过程中，理论上n(NH₃)∶n(CO₂)的最佳配比为     ，而实际生产过程中，往往使n(NH₃)∶n(CO₂)≥3，这是因为       。
（5）当甲烷合成氨气的转化率为60％时，以3.0×10⁸ L甲烷为原料能够合成       L 氨气。（假设体积均在标准状况下测定）

Answer 1

（1）B D （选对1个得1分，只要选错得0分）（2）不变；＞（3）A
（4）2:1；有利于提高CO₂的转化率，因为NH₃极易溶于水，便于分离、回收利用 （5）4.8×10⁸

解析试题分析：（1）根据反应的方程式可知，该反应是体积增大的吸热的可逆反应，则在恒温恒容的条件下，欲提高CH₄的反应速率和转化率，可采取的措施是升高温度或增大水蒸气的浓度。增大压强平衡向逆反应方向移动。充入He气，容器容积不变，平衡不移动，答案选BD。
（2）平衡常数只与温度有关系，则提高氢碳比平衡常数不变。
H₂O(g) +CO(g) H₂(g)+CO₂(g)
起始浓度（mol/L）     1      1        0      0
转化浓度（mol/L）    x       x        x      x
平衡浓度（mol/L）   1－x   1－x      x      x
，解得x＝0.75
则此时＜9.94
所以此时v（正）大于v（逆）。
（3）催化剂不能改变平衡常数，B不正确；合成氨反应温度控制在500℃左右，因为在该温度下，催化剂的活性最大，C不正确；合成氨工业采用循环操作的主要原因是为了提高原料的的利用率，D不正确，所以正确的答案选A。
（4）根据尿素的化学式CO（NH₂）₂可知，理论上n(NH₃)∶n(CO₂)的最佳配比为2:1；实际生产过程中，往往使n(NH₃)∶n(CO₂)≥3，这是因为有利于提高CO₂的转化率，因为NH₃极易溶于水，便于分离、回收利用。
（5）根据反应的方程式可知，CH₄   ～4H₂     ～    8/3NH₃
1                    8/3
3.0×10⁸ L×0.6       4.8×10⁸L
考点：考查甲烷的应用、尿素合成的有关判断和计算
点评：化学来源于生产、生活，又服务于生产、生活，合成氨工业是初中化学重要的应用之一，是考查重点，常涉及化学方程式的书写，原料的利用率的计算等，有利于培养学生的逻辑推理能力和发散思维能力。