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）A、增大压强，反应速率加快，平衡向逆反应方向移动，甲烷的转化率降低，故A错误；
B、升高温度，反应速率加快，平衡向正反应方向移动，甲烷的转化率增大，故B正确；
C、充入He气，反应混合物的浓度不变，反应速率不变，平衡不移动，甲烷的转化率不变，故C错误；
D、增大水蒸气浓度，反应速率加快，平衡向逆反应方向移动，甲烷的转化率增大，故D正确；
故答案为：BD；
（2）平衡常数只受温度影响，与反应物的浓度无关，提高氢碳比（2）平衡常数只受温度影响，与反应物的浓度无关，提高氢碳比，K值不变；
令开始H₂O和CO的物质的量都是1mol，某一时刻时CO和CO₂的浓度比为1：3，设此时参加反应CO为xmol，则（1-x）：x=1：3，解得x=0.75，则：
H₂O（g）+CO（g）H₂（g）+CO₂（g），
开始（mol）：1       1       0      0
变化（mol）：0.75    0.75     0.75   0.75
某时刻（mol）：0.25    0.25     0.75   0.75
故产生浓度商Qc=＜9.94，反应向正反应进行，故v（正）＞v（逆），
故答案为：不变；＞；
（3）A．固氮指由游离态的氮转化为化合态的氮，合成氨属于人工固氮，故A正确；
B．催化剂加快反应速率，不能影响平衡移动，不能提高反应物的利用率，故B错误；
C．该反应正反应是放热反应，高温不利用氨气的合成，合成氨反应温度控制在500℃左右，在该温度下反应速率较快、催化剂活性较高，故C错误；
D．合成氨工业采用循环操作，目的是提高原料的利用率，故D错误；
故答案为：A；
（4）根据尿素的化学式CO（NH₂）2，C、N原子完全利用最后，由C、N原子守恒可知生产尿素过程中，理论上n（NH₃）：n（CO₂）的最佳配比为2：1；
往往使n（NH₃）：n（CO₂）≥3，这是由于：有利于提高CO₂的转化率，且NH₃极易溶于水，便于分离、回收利用；
故答案为：2：1；有利于提高CO₂的转化率，且NH₃极易溶于水，便于分离、回收利用；
（5）由CH₄（g）+H₂O（g）CO（g）+3H₂（g），N₂（g）+3H₂（g）2NH₃（g），可得CH₄（g）～3H₂（g）～2NH₃（g），设能够合成氨气的体积为VL，则：
CH₄（g）～3H₂（g）～2NH₃（g），
1                   2
3.0×10⁸L×60%        VL
故V=3.0×10⁸L×60%×2=3.6×10⁸L
合成气的反应中：CH₄    ～      CO    ～     3H₂，
3.0×10⁸L×60%     3.0×10⁸L×60%    3.0×10⁸L×60%×3
分离二氧化碳过程生成的H₂体积：CO    ～      H₂，
3.0×10⁸L×60%    3.0×10⁸L×60%   
所以产生的氢气的总体积为3.0×10⁸L×60%×3+3.0×10⁸L×60%=12×10⁸L×60%
令产生氨气的体积为V，则：
3H₂        ～     2NH₃
3                    2
12×10⁸L×60%         V
故V=12×10⁸L×60%×2/3
=4.8×10⁸L
故答案为：4.8×10⁸．
考点：化学平衡的影响因素；化学平衡的调控作用