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合成氨的原料氣N2和H2通常是以焦炭、水和空氣為原料來制取的．造氣的主要反應為：①2C＋O2＝＝2CO；②C＋H2O(g)＝＝CO＋H2．

(1)

1200g焦炭按①、②式完全反應時，生成標準狀況下氣體的體積V的范圍________m3．

(2)

現將焦炭、H2O(g)和空氣混合完全反應，使生成的混合氣體中[n(CO)＋n(H2)]/n(N2)＝3，則混合氣體中空氣和H2O(g)的體積比為________(設空氣中N2和O2的體積比為4∶1)．

(3)

為滿足合成氨原料氣的要求，使[n(CO)＋n(H2)]/n(N2)＝3，且n(N2)/n(H2)＝1，工業(yè)上采用焦炭與富氧空氣和H2O(g)同時反應，則該富氧空氣中O2的體積分數為多少？(假設某富氧空氣仍只含O2和N2)

答案：
解析：

(1)

2.24<V<4.48

(2)

1∶1

(3)

設該富氧空氣中n(N2)＝1.00mol則生成的混合氣體中n(CO)＋n(H2)＝3.00mol

n(N2)/n(H2)＝1n(H2)＝1.00mol

根據反應C＋H2O(g)＝＝CO＋H2，生成1.00molH2同時生成1.00molCO

根據反應2C＋O2＝＝2CO，還需生成的1.00molCO，需要n(O2)＝0.500mol

該富氧空氣中O2的體積分數為＝33.3%


練習冊系列答案
相關習題

科目：高中化學 來源： 題型：閱讀理解

（2012?海南）Ⅰ污水經過一級、二級處理后，還含有少量Cu2+、Hg2+、Pb2+等重金屬離子，可加入沉淀劑使其沉淀．下列物質不能作為沉淀劑的是
AC
AC

A．氨水                             B．硫化氫氣體
C．硫酸鈉溶液                       D．純堿溶液
Ⅱ合成氨的流程示意圖如下：

回答下列問題：
（1）工業(yè)合成氨的原料是氮氣和氫氣．氮氣是從空氣中分離出來的，通常使用的兩種分離方法是
液化、分餾
液化、分餾
，
與碳反應后除去CO2
與碳反應后除去CO2
；氫氣的來源是水和碳氫化合物，寫出分別采用煤和天然氣為原料制取氫氣的化學反應方程式
C+H2O
 高溫 
.
 
 CO+H2
C+H2O
 高溫 
.
 
 CO+H2
，
CH4+H2O
催化劑
.
△
 CO+3H2
CH4+H2O
催化劑
.
△
 CO+3H2
；
（2）設備A中含有電加熱器、觸煤和熱交換器，設備A的名稱
合成（氨）塔
合成（氨）塔
，其中發(fā)生的化學反應方程式為
N2（g）+3H2（g）
高溫、高壓
催化劑
2NH3（g）
N2（g）+3H2（g）
高溫、高壓
催化劑
2NH3（g）
；
（3）設備B的名稱
冷凝塔或冷凝器
冷凝塔或冷凝器
，其中m和n是兩個通水口，入水口是
n
n
（填“m”或“n”）．不宜從相反方向通水的原因
高溫氣體由冷凝塔上端進入，冷凝水從下端進入，逆向冷凝效果好
高溫氣體由冷凝塔上端進入，冷凝水從下端進入，逆向冷凝效果好
；
（4）設備C的作用
將液氨與未反應的原料氣分離
將液氨與未反應的原料氣分離
；
（5）在原料氣制備過程中混有CO對催化劑有毒害作用，欲除去原料氣中的CO，可通過如下反應來實現：
CO（g）+H2O（g）?CO2 （g）+H2 （g）
已知1000K時該反應的平衡常數K=0.627，若要使CO的轉化超過90%，則起始物中c（H2O）：c（CO）不低于
13.8
13.8
．

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科目：高中化學 來源： 題型：閱讀理解

【選修-化學與技術】合成氨工業(yè)的主要反應為：N2（g）+3H2（g）?2NH3（g）△H＜O，下圖是合成氨的簡要流程示意圖：
（1）寫出設備A、B的名稱：A
熱交換器
熱交換器
，B
合成塔
合成塔
；沿X路線進入壓縮機的物質是
N2和H2
N2和H2
．
（2）原料氣往往混有CO、NH3等雜質，在進入合成塔之前需凈化，凈化的原因是
防止催化劑中毒
防止催化劑中毒
．
（3）氮、氫混合氣體送入合成塔前要通過壓縮機壓縮的原因是
增大壓強，加快反應速率，使平衡朝生成NH3的方向進行
增大壓強，加快反應速率，使平衡朝生成NH3的方向進行
；在合成塔中及時分離出氨氣的目的是
減小生成物的濃度，使平衡朝生成NH3的方向進行
減小生成物的濃度，使平衡朝生成NH3的方向進行
．
（4）工業(yè)合成氨的反應為：N2（g）+3H2（g）?2NH3（g）△H＜O，當壓強為30MPa，溫度為500℃時，在容積為1L的密閉容器中充入1molN2和3molH2，反應達到平衡時NH3的體積分數為20%，求此時的平衡常數
0.083
0.083
．
（5）合成塔從上到下將催化劑分成四層，在層與層之間冷激氣（冷的原料氣）和反應氣混合，請問這樣設計的原因是什么？
冷激氣與每一層的反應混合氣及時進行熱交換，既預熱原料氣，又保證反應混合氣的溫度控制在500℃左右，使每一層的催化劑都能起到最大的催化作用
冷激氣與每一層的反應混合氣及時進行熱交換，既預熱原料氣，又保證反應混合氣的溫度控制在500℃左右，使每一層的催化劑都能起到最大的催化作用
．

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科目：高中化學 來源：2012年蘇教版高中化學選修2 2.1氨的合成練習卷（解析版） 題型：簡答題

在氨的工業(yè)合成中，有三個關鍵的技術問題，請結合所學知識解決它們。

(1)合成氨的化學原理是N2＋3H2??2NH3，在工業(yè)上選擇20～50 MPa的較高壓強和450 ℃左右的溫度來進行反應，請結合有關的化學原理解釋。

(2)在生產過程中需要大量氫氣，現有以下幾種獲得氫氣的方法，請你選出最適宜的，并說明理由。

A．電解水制取氫氣

B．由煤或焦炭來制取氫氣：煤或焦炭經加熱，熾熱的炭與水蒸氣反應生成氫氣

C．由天然氣或重油制取氫氣：天然氣的主要成分甲烷在高溫、催化劑的作用下與水蒸氣反應生成氫氣和一氧化碳；一氧化碳在催化劑存在的條件下與水蒸氣反應得到氫氣和二氧化碳

(3)合成氨的生產工藝流程：首先用適當的方法生產出合成氨的原料氣——氮氣和氫氣。氮氣和氫氣的混合氣體在合成塔中于一定條件下，通過催化劑的作用產生氨氣，再通過氨分離器不斷地把生成的氨分離出來，同時未轉化的反應氣體再進入合成塔循環(huán)加工。這就是合成氨的工藝流程。請根據這一描述過程畫出流程方框圖。

 

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科目：高中化學 來源： 題型：

(08閔行區(qū)模擬)合成氨的原料氣N2和H2通常是以焦炭、水和空氣為原料來制取的。其主要反應是（假設所有反應完全進行）：

      ① 2C + O2 → 2CO

             ② C + H2O(g) → CO + H2

             ③ CO + H2O(g) → CO2 + H2     

 

（1）1 kg焦炭按上述反應最多能產生__________m3 H2（標準狀況）。

（2）合成氨原料氣中的N2是通過反應①除去空氣中的氧氣所得�，F將焦炭、H2O(g)和空氣（設空氣中N2和O2的體積比為4∶1，下同）混合反應，產物氣體的組成如下表：

 

氣體

CO

N2

CO2

H2

O2

體積（m3）

（標準狀況）

21

16

35

60

0.1

 

①       計算參加反應的H2O(g)和空氣的體積比V(H2O)/V(空氣)

② 計算生成上表所列氣體時，消耗了___________ kg焦炭。

 

（3）合成氨廠常用氨和二氧化碳反應生產尿素：2NH3 + CO2 → CO(NH2)2 + H2O

 當焦炭、H2O(g)和空氣混合反應后的產物混合氣體中：

V(CO2)∶V(N2)∶V(H2) = _______________時，原料的利用率最高；

假設上述混合氣中CO的體積分數為10%（O2忽略不計）。則生產中投入的原料的物質的量之比是：  n(C)∶n(H2O)∶n(空氣) = _______________（填最簡整數比）。

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