Question

16．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
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右圖：
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液化、分餾，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$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CO+H₂，CH₄+H₂O$\frac{\underline{催化劑}}{△}$CO+3H₂；
（2）設備A中含有電加熱器、觸煤和熱交換器，設備A的名稱合成塔，其中發生的化學反應方程式為N₂（g）+3H₂（g $?_{催化劑}^{高溫、高壓}$2NH₃（g）；
（3）設備B的名稱冷凝塔或冷凝器，其中m和n是兩個通水口，入水口是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；
（4）設備C的作用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．

Answer 1

分析 Ⅰ、各項所加試劑均應過量才符合題目要求，A項溶液形成絡離子，B項生成硫化銅、硫化汞、硫化鉛等沉淀，C項硫酸銅不是沉淀，D項均能通過雙水解調節pH轉化為沉淀；
Ⅱ（1）分離空氣提取氮氣的方法有兩種：一種是液化、分餾空氣，另一種為空氣與碳反應生成二氧化碳，反應后除去二氧化碳氣體；制取氫氣可用碳和水反應或甲烷與水反應；
（2）合成氨的設備為合成塔，發生N₂（g）+3H₂（g $?_{催化劑}^{高溫、高壓}$2NH₃（g）；
（3）冷凝分離設備為冷凝塔或冷凝器；水流和氣流方向應逆向；
（4）分離器用來分離液氨和原料氣；
（5）根據平衡常數用三段式法計算．

解答 解：ⅠA．加入氨水，易形成絡離子，不能生成沉淀，故A錯誤；
B．加入硫化氫氣體，生成硫化銅、硫化汞、硫化鉛等沉淀，故B正確；
C．不能使Cu²⁺生成沉淀，故C錯誤；
D．均能通過雙水解調節pH轉化為沉淀，故D正確．
故答案為：AC；
Ⅱ、（1）分離空氣提取氮氣的方法有兩種：一種是液化、分餾空氣，另一種為空氣與碳反應生成二氧化碳，反應后除去二氧化碳氣體；
C和水反應的方程式為：C+H₂O$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CO+H₂，甲烷與水反應的方程式為：CH₄+H₂O$\frac{\underline{催化劑}}{△}$CO+3H₂，
故答案為：液化、分餾；與碳反應后除去CO₂；C+H₂O$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CO+H₂；CH₄+H₂O$\frac{\underline{催化劑}}{△}$CO+3H₂；
（2）合成氨的設備為合成塔，發生反應為：N₂（g）+3H₂（g $?_{催化劑}^{高溫、高壓}$2NH₃（g）；
故答案為：合成塔；N₂（g）+3H₂（g $?_{催化劑}^{高溫、高壓}$2NH₃（g）；
（3）冷凝分離設備為冷凝塔或冷凝器，水流和氣流方向應逆向，則入水口是n，高溫氣體由冷凝塔上端進入，冷凝水從下端進入，可使冷水充滿冷凝器，逆向冷凝效果好，
故答案為：冷凝塔或冷凝器；n；高溫氣體由冷凝塔上端進入，冷凝水從下端進入，逆向冷凝效果好；
（4）分離器用來分離液氨和原料氣；
故答案為：將液氨與未反應的原料氣分離；
（5）設CO的起始濃度為xmol，H₂O的起始濃度為ymol，則轉化的CO的最小值為0.9x，
        CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
起始   x            y                0            0
變化  0.9x       0.9x               0.9x       0.9x
平衡  0.1x      y-0.9x             0.9x       0.9x
平衡常數K=$\frac{（0.9x）^{2}}{0.1x×（y-0.9x）}$=0.627，
解得：$\frac{y}{x}$=13.8．故此只要此值大于13.8，轉化率就會超過90%．
故答案為：13.8．

點評 本題綜合考查工業合成氨，涉及物質的分離、化學平衡的等問題，題目難度中等，注意把握物質的性質，根據性質選擇分離方法，易錯點為（5），注意利用三段式法計算較為直觀．