Question

【选修-化学与技术】合成氨工业的主要反应为：N2（g）+3H2（g）?2NH3（g）△H＜O，下图是合成氨的简要流

【选修-化学与技术】合成氨工业的主要反应为：N2（g）+3H2（g）?2NH3（g）△H＜O，下图是合成氨的简要流程示意图：（1）写出设备A、B的名称：A______，B______；沿X路线进入压缩机的物质是______．（2）原料气往往混有CO、NH3等杂质，在进入合成塔之前需净化，净化的原因是______．（3）氮、氢混合气体送入合成塔前要通过压缩机压缩的原因是______；在合成塔中及时分离出氨气的目的是______．（4）工业合成氨的反应为：N2（g）+3H2（g）?2NH3（g）△H＜O，当压强为30MPa，温度为500℃时，在容积为1L的密闭容器中充入1molN2和3molH2，反应达到平衡时NH3的体积分数为20%，求此时的平衡常数______．（5）合成塔从上到下将催化剂分成四层，在层与层之间冷激气（冷的原料气）和反应气混合，请问这样设计的原因是什么？______．

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Answer 1

（1）工业合成氨的流程中，原理氮气衡器依次通过的设备分别是：压缩机、热交换器、合成塔、冷凝器，
故答案为：热交换器；合成塔；N₂和H₂；
（2）原料气往往混有CO、NH₃等杂质，在进入合成塔之前为防止催化剂中毒，需进行净化，故答案为：防止催化剂中毒；
（3）氮、氢混合气体送入合成塔前要通过压缩机压缩，来增大压强，这样可以加快化学反应速率，还可以让化学平衡朝生成NH₃的方向进行，减少生成物氨气的浓度可以使化学平衡向着正反应方向进行，
故答案为：增大压强，加快反应速率，使平衡朝生成NH₃的方向进行；减小生成物的浓度，使平衡朝生成NH₃的方向进行；
（4）设氮气的转化量为x，
          N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
   起始浓度 1       3               0
   转化浓度 x       3x              2x
   平衡浓度1-x       3-3x           2x
平衡时NH₃的体积分数为20%，则

2x

4?2x

=20%，解得x=

1

3

，平衡常数K=

( 2 3 )2

1 3 ×23

=0.083
（5）冷的原料气和反应气混合，可以进行热交换，保证反映的温度，让催化剂的催化活性最大，故答案为：冷激气与每一层的反应混合气及时进行热交换，既预热原料气，又保证反应混合气的温度控制在500℃左右，使每一层的催化剂都能起到最大的催化作用．