1.

半水煤气是工业合成氨的原料气,其主要成分是H2、CO、CO2、N2和H2O(g).半水煤气经过下列步骤转化为合成氨的原料.

完成下列填空:

(1) 半水煤气含有少量硫化氢.将半水煤气样品通入溶液中(填写试剂名称),出现,可以证明有硫化氢存在.

(2)

半水煤气在铜催化下实现CO变换:CO+H2O CO2+H2 , 若半水煤气中V(H2):V(CO):V(N2)=38:28:22,经CO变换后的气体中:V(H2):V(N2)=

(3) 碱液吸收法是脱除二氧化碳的方法之一.已知:


Na2CO3

K2CO3

20℃碱液最高浓度(mol/L)

2.0

8.0

碱的价格(元/kg)

1.25

9.80

若选择Na2CO3碱液作吸收液,其优点是;缺点是.如果选择K2CO3碱液作吸收液,用什么方法可以降低成本?写出这种方法涉及的化学反应方程式.

(4)

以下是测定半水煤气中H2以及CO的体积分数的实验方案.取一定体积(标准状况)的半水煤气,经过下列实验步骤测定其中H2以及CO的体积分数.

①选用合适的无机试剂分别填入Ⅰ、Ⅰ、Ⅳ、Ⅴ、方框中.

②该实验方案中,步骤(选填“Ⅳ”或“Ⅴ”)可以确定半水煤气中H2的体积分数.

【考点】
工业合成氨;
【答案】

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1.            
(1) (一)合成氨工艺(流程如图所示)是人工固氮最重要的途径。

2018年是合成氨工业先驱哈伯(P•Haber)获得诺贝尔奖100周年。N2和H2生成NH3的反应为:1/2N2(g)+3/2H2(g) NH3(g) △H(298K)= - 46.2KJ•mol-1 , 在Fe催化剂作用下的反应历程为(*表示吸附态)

化学吸附:N2(g)→2N*;H2(g)→2H*;

表面反应:N*+ H* NH*;NH*+ H* NH2*;NH2* + H* NH3*

脱附:NH3* NH3(g)

其中, N2的吸附分解反应活化能高、速率慢,决定了合成氨的整体反应速率。 请回答:

利于提高合成氨平衡产率的条件有__________。

A. 低温     B. 高温    C. 低压     D. 高压    E. 催化剂
(2) 标准平衡常数KΘ= ,其中pΘ为标准压强(1X105Pa),p NH3、 p N2和p H2为各组分的平衡分压,如p NH3=x NH3 p,p为平衡总压,x NH3为平衡系统中NH3的物质的量分数。

①起始物质的量之比为1:3,反应在恒定温度和标准压强下进行,NH3的平衡产率为w,则KΘ=(用含w的最简式表示)

②下图中可以示意标准平衡常数KΘ随温度T变化趋势的是

(3) 实际生产中,常用工艺条件,Fe作催化剂,控制温度773K,压强3.0X105Pa,原料中N2和H2物质的量之比为1:2.8。

①分析说明原料气中N2过量的理由

②关于合成氨工艺的下列理解,正确的是

A.合成氨反应在不同温度下的△H和△S都小于零

B.控制温度(773K)远高于室温,是为了保证尽可能的平衡转化率和快的反应速率

C.当温度、压强一定时,在原料气(N2和H2的比例不变)中添加少量惰性气体,有利于提高平衡转化率

D.基于NH3有较强的分子间作用力可将其液化,不断将液氨移去,利于反应正向进行

E.分离空气可得N2 , 通过天然气和水蒸气转化可得H2 , 原料气须经过净化处理,以防止催化剂中毒和安全事故发生。

(4) (二)高铁酸钾(K2FeO4)可用作水处理剂。某同学通过“化学-电解法”探究的合成,其原理如图所示。接通电源,调节电压,将一定量Cl2通入KOH溶液,然后滴入含Fe3+的溶液,控制温度,可制得K2FeO4

请写出“化学法”得到FeO42-的离子方程式

(5) 请写出阳极的电极反应式(含FeO42-
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