Question

合成氨的流程示意圖如下：

回答下列問題：
(1)工業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____________、____________；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方程式________________________，__________________________。
(2)設備A中含有電加熱器，觸媒和熱交換器，設備A的名稱是________，其中發生的化學反應方程式為__________________________。
(3)設備B的名稱為________，其中m和n是兩個通水口，入水口是________(填“m”或“n”)。不宜從相反方向通水的原因是________________________________________。
(4)設備C的作用是____________________________________________。
(5)在原料氣制備過程中混有的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1 000 K時該反應的平衡常數K＝0.627，若要使CO的轉化率超過90%，則起始物中c(H₂O)∶c(CO)不低于________。

Answer 1

(1)液化、分餾　與C反應后除去CO₂　C＋H₂O(g)CO＋H₂　CH₄＋H₂O(g)CO＋3H₂　(2)合成塔　N₂＋3H₂2NH₃　(3)冷卻塔　n　高溫氣體由冷卻塔的上端進入，冷卻水應從下端進入，逆向冷卻效果好　(4)將液氨和未反應的原料氣分離
(5)13.8

(1)利用空氣中氮氣的沸點比氧氣的沸點低，先將空氣加壓降溫變成液態，然后再加熱，使氮氣首先從液態空氣中蒸發出來，留下的就是液態氧氣。故分離方法是液化和分餾；另一種方法是將空氣與C反應后除去CO₂，采用煤和天然氣制備H₂的化學方程式分別為：C＋H₂O(g) CO＋H₂、CH₄＋H₂O(g)CO＋3H₂；(2)合成氨的設備為合成塔；發生的反應是N₂＋3H₂2NH₃；(3)冷凝分離氨氣的設備為冷卻塔；為了增強冷卻效果，冷卻水應從下端進入，逆向冷卻效果好；(4)設備C是分離器，能將液氨和未反應的原料分離；(5)設CO、H₂O的起始濃度分別為x mol·L^－1、y mol·L^－1，且CO的轉化率為90%，則
　　　　　　　   CO(g)＋H₂O(g)CO₂(g)＋H₂(g)
起始濃度(mol·L^－1)　x　　　y　　　　　0　　　 0
轉化濃度(mol·L^－1)　0.9x　0.9x　　　0.9x　　0.9x
平衡濃度(mol·L^－1)　0.1x y－0.9x　　0.9x　　0.9x
K=＝0.627，得： ≈13.8，只要增加H₂O量，就可提高CO的轉化率。