Question

1．工业合成氨技术是对人类的巨大贡献之一．下面是合成氨的简要流程示意图：

（1）设备 I的名称是合成塔，沿X路线循环的物质是A（填字母）．
A．N₂和H₂     B．催化剂      C．NH₃D．N₂、H₂和NH₃
（2）合成氨中H₂可以由焦炭和水蒸汽反应获得．请写出该反应的化学方程式：C+H₂O$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$CO+H₂ ．
（3）原料气中往往含有H₂S、CO、CO₂等杂质，必须除去这些杂质的目的是防止催化剂中毒，常用K₂CO₃溶液除去CO₂，其反应的离子方程式为CO₃^2-+CO₂+H₂O=2HCO₃^-．
（4）近年有人将电磁场直接加在氮气和氢气反应的容器内，在较低的温度和压强条件下合成氨，获得了较高的产率．电磁场对合成氨反应本质的影响是在电磁场的作用下，氮氮三键更容易断裂，减少了合成氨反应所需的能量，该方法的优点是降低能耗，使反应更容易进行．
（4）合成氨工业往往含有大量含氨废水，为了防止对环境造成污染，可以利用电解法将NH₃•H₂O转化为对环境无污染的加以处理．电解时以石墨做电极，以硝酸作为电解质，则理论上处理1mol NH₃•H₂O，电路中转移电子3mol，阳极的电极反应式为2NH₃-6e^-=N₂+6H⁺．

Answer 1

分析 （1）根据流程可知，设备Ⅰ为合成塔，设备Ⅱ为氨分离器，设备Ⅱ中含有未反应的氮气和氢气，需要循环利用；
（2）碳在高温下与水反应生成一氧化碳和氢气，据此写出反应的化学方程式；
（3）H₂S、CO、CO₂等杂质容易造成催化剂中毒，降低催化效果，需要将原料气中的杂质除去；碳酸钾与二氧化碳反应生成碳酸氢钾，据此写出反应的离子方程式；
（4）根据能量守恒定律及合成氨的反应特点进行分析；
（5）生成的无污染的物质为氮气，根据电解原理写出阳极电极反应式，然后计算出转移的电子的物质的量．

解答 解：（1）根据合成流程可知，设备Ⅰ为合成塔，设备Ⅱ为氨分离器，合成氨的反应为可逆反应，则设备Ⅱ中含有未反应的N₂和H₂，需要转入合成塔中循环利用，所以A正确，
故答案为：合成塔；A；
（2）合成氨中H₂可以由焦炭和水蒸汽反应获得，反应的化学方程式为：C+H₂O$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$CO+H₂ ，
故答案为：C+H₂O$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$CO+H₂ ；
（3）原料气中的H₂S、CO、CO₂等杂质容易造成催化剂中毒，降低催化效果，所以必须将原料气中往往含有的H₂S、CO、CO₂等杂质除去，防止催化剂中毒；碳酸钾溶液与二氧化碳反应生成碳酸氢钾，反应的离子方程式为：CO₃^2-+CO₂+H₂O=2HCO₃^-，
故答案为：防止催化剂中毒；CO₃^2-+CO₂+H₂O=2HCO₃^-；
（4）在较低的温度和压强条件下合成氨，获得了较高的产率，而一般合成氨需要较高温度和压强，所以通过能量守恒可知，电磁场可以断裂化学键，降低能耗，
故答案为：在电磁场的作用下，氮氮三键更容易断裂，减少了合成氨反应所需的能量；降低能耗，使反应更容易进行（其他合理答案也可）；
（5）利用电解法将NH₃•H₂O转化为对环境无污染的物质为氮气，阳极失去电子发生氧化反应，电极反应式为：2NH₃-6e^-=N₂+6H⁺，则1molNH₃•H₂O完全反应转移了3mol电子，
故答案为：3； 2NH₃-6e^-=N₂+6H⁺．

点评 本题以工业合成氨流程为载体，对化工生产的相关知识进行考查，题目难度中等，试题重点考查了学生对合成氨的设备及流程的掌握情况，同时也考察了学生分析评价的能力，注意掌握合成氨的反应原理．