Question

合成氨的流程示意图如下：

回答下列问题：
（1）设备A中含有电加热器，触媒和热交换器，其中发生的化学反应方程式为______，设备A的名称是______；
（2）设备B中m和n是两个通水口，入水口是______（填“m”或“n”）．不宜从相反方向通水的原因是______；
（3）工业合成氨的原料是氮气和氢气．氮气是从空气中分离出来的，通常使用的两种分离方法是______，______；
（4）天然气、重油、煤都可以与水反应制得氢气．下表是某合成氨厂采用不同原料的相对投资和能量消耗．

原料	天然气	重油	煤
相对投资费用	1.0	1.5	2.0
能量消耗/J?t-1	28109	38109	48109

①依据上表信息，你认为采用______为原料最好；
②请写出甲烷在高温、催化剂的作用下与水蒸气反应生成氢气和一氧化碳的化学方程式：______；
③已知C（s）、CO（g）和H₂（g）完全燃烧的热化学方程式分别为：
C（s）+O₂（g）═CO₂（g）△H=-394kJ/mol；
2CO₂（g）+O₂（g）═CO₂（g）△H=-566kJ/mol；
2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-484kJ/mol；
试写出由C与水蒸气在高温条件下反应生成氢气与一氧化碳的热化学方程式______；
（5）在合成氨生产中，将生成的氨及时从反应后的气体中分离出来．运用化学平衡的知识分析这样做的理由：______．

Answer 1

解：（1）合成氨工业流程：原料气制备、原料气净化和压缩、氨的合成、氨的分离，冷凝分离氨气的设备为冷却塔；设备A中含有电加热器，触媒和热交换器，说明发生的化学反应方程式为：N₂+3H₂2NH₃，设备A的作用是能将氮气和氢气反应，所以设备A的名称是合成塔，
故答案为：N₂+3H₂2NH₃；合成塔；
（2）为了增强冷却效果，冷却水应从下端进入，逆向冷却效果好，所以入水口为n，故答案为：n；高温气体从冷却塔的上端进入，冷却水应从下端进入，逆向冷却效果好；
（3）将液氨和未反应的原料分离，利用空气中氮气的沸点比氧气的沸点低，先将空气加压降温变成液态，然后再加热，使氮气首先从液态空气中蒸发出来，留下的就是液态氧气．故分离方法是液化和分馏，故答案为：液化；分馏；
（4）①根据合成氨厂采用不同原料的相对投资和能量消耗表，天然气相对投资费用1.0，能量消耗28109J?t^-1，天然气相对投资费用1.5，能量消耗28109×1.5J?t^-1，天然气相对投资费用2.0，能量消耗2×28109J?t^-1，相对于重油和煤，天然气为原料最好，故答案为：天然气；
②甲烷在高温、催化剂的作用下与水蒸气反应；生成氢气和一氧化碳，根据题干中提供的反应物和生成物，再根据质量守恒，即可得出CH₄+H₂OCO+3H₂，
故答案为：CH₄+H₂OCO+3H₂；
③C（s）、CO（g）和H₂（g）完全燃烧的热化学方程式分别为：
C（s）+O₂（g）═CO₂（g）△H=-394kJ/mol；A
2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H=-566kJ/mol；B
2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-484kJ/mol；C
将ABC三式作如下变换，A-C-B可得C_（S）+H₂O_（g）CO_（g）+H_2（g） △H=+131KJ/mol，
故答案为：C_（S）+H₂O_（g）CO_（g）+H_2（g） △H=+131KJ/mol；
（5）N₂+3H_22NH3，该反应为可逆反应，从化学平衡移动的角度考虑，减少生成物的浓度，化学平衡向正反应方向移动，
故答案为：移走氨气，减小生成物浓度，平衡右移，有利于氨合成．
分析：（1）根据合成氨的工业流程进行解答；
（2）根据冷却的原理和水的重力的影响进行解答；
（3）根据需分离物质的物理性质进行解答；
（4）①依据表中信息进行对比解答；
②根据质量守恒进行解答；
③根据盖斯定律进行解答；
（5）根据影响化学平衡的因素进行解答．
点评：本题是一道化学和工业生产联系的题目，主要考查了合成氨工业，掌握合成氨工业的流程和设备，结合化学平衡的原理解答是关键，难度较大．