Question

合成氨聯(lián)產(chǎn)二甲醚是一項(xiàng)具有中國(guó)特色的化工工藝，具有節(jié)能環(huán)保，其主要工藝流程如下：

已知造氣時(shí)，主要發(fā)生的反應(yīng)有：CH₄+H₂O→CO+3H₂…①；2CH₄+O₂→2CO+4H₂…②．
CO、CO₂均可與H₂合成甲醇，合成甲醇后排出的醇后氣中有很少量的CO、CO₂，需與H₂轉(zhuǎn)化為甲烷，防止CO使合成氨催化劑中毒．
（1）NH₃（g）→NH₃（l）△H

 

0 （填：“＞”、“＜”或“=”，下同）；△S

 

0．
（2）相同體積的天然氣，采用“合成氨同時(shí)聯(lián)產(chǎn)二甲醚”和直接合成氨相比，新工藝優(yōu)越性有

 

．
（a）減少二氧化硫排放　（b）適應(yīng)低碳經(jīng)濟(jì)
（c）可提高氮肥產(chǎn)量　  （d）資源綜合利用率和經(jīng)濟(jì)效益高
（3）在催化劑、高溫、高壓下，CO₂轉(zhuǎn)化為甲烷的化學(xué)方程式為

 

．
（4）假定造氣時(shí)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)化氣中不含CO₂，H₂與CO物質(zhì)的量之比為2.2，空氣由80%N₂和20%O₂組成，天然氣中CH₄為100%，且①和②的轉(zhuǎn)化率均為100%．則同溫同壓下通入的空氣和水蒸氣的體積比，V（空氣）/V（水蒸氣）=

 

．
（5）今有224m³（已折合成標(biāo)準(zhǔn)狀況）由CO、H₂、N₂組成的混合氣體，分別合成甲醇和氨，且三種氣體均完全轉(zhuǎn)化，馳放氣中甲烷忽略不計(jì)，若得到液氨34kg，則同時(shí)得到二甲醚多少千克？

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：化學(xué)平衡的計(jì)算,焓變和熵變,制備實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)

專(zhuān)題：化學(xué)平衡專(zhuān)題

分析：（1）NH₃（g）→NH₃（l）是氣體變化為液態(tài)，需要放熱，焓變小于0，氣體混亂度減小，熵變小于0；
（2）分析流程可知，此生產(chǎn)過(guò)程能達(dá)到資源綜合利用，經(jīng)濟(jì)效益高，反應(yīng)條件低比合成氨易于進(jìn)行適合低碳經(jīng)濟(jì)的理念；
（3）CO₂轉(zhuǎn)化為甲烷的反應(yīng)是二氧化碳和氫氣在一定條件下是甲烷和水，依據(jù)原子守恒配平寫(xiě)出化學(xué)方程式；
（4）依據(jù)化學(xué)方程式計(jì)算，設(shè)氧氣物質(zhì)的量為x，結(jié)合化學(xué)方程式定量關(guān)系列式計(jì)算得到；
（5）依據(jù)化學(xué)方程式定量關(guān)系計(jì)算，先根據(jù)液氨計(jì)算需要的氮?dú)夂蜌錃馕镔|(zhì)的量，一氧化氮和氫氣反應(yīng)按照1：2反應(yīng)，依據(jù)混合氣體總物質(zhì)的量計(jì)算得到一氧化碳物質(zhì)的量，一氧化碳物質(zhì)的量和甲醇物質(zhì)的量相同，2mol甲醇反應(yīng)生成1mol甲醇計(jì)算得到．

解答： 解：（1）NH₃（g）→NH₃（l）是氣體變化為液態(tài)，需要放熱，焓變小于0，氣體混亂度減小，熵變小于0，則△H＜0，△S＜0，
故答案為：＜；＜；
（2）分析流程可知，此生產(chǎn)過(guò)程能達(dá)到資源綜合利用，經(jīng)濟(jì)效益高，反應(yīng)條件低比合成氨易于進(jìn)行適合低碳經(jīng)濟(jì)的理念，故答案為：bd；
（3）CO₂轉(zhuǎn)化為甲烷的反應(yīng)是二氧化碳和氫氣在一定條件下是甲烷和水，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：CO₂+4H₂

催化劑 .

高溫高壓

CH₄+2H₂O，
故答案為：CO₂+4H₂

催化劑 .

高溫高壓

CH₄+2H₂O；
（4）依據(jù)化學(xué)方程式計(jì)算，設(shè)反應(yīng)的氧氣物質(zhì)的量為X，反應(yīng)的水物質(zhì)的量為Y得到；
CH₄+H₂O→CO+3H₂…①；
    Y    Y   3Y
2CH₄+O₂→2CO+4H₂…②．
     X   2X   4X

4X+3Y

2X+Y

=2.2
X：Y=2：1；空氣中氧氣占

1

5

，則空氣為10；
空氣和水蒸氣體積之比等于物質(zhì)的量之比=10：1；
故答案為：10；
（5）今有224m³（已折合成標(biāo)準(zhǔn)狀況）由CO、H₂、N₂組成的混合氣體，物質(zhì)的量=

224×103L

22.4L/mol

=10⁴mol；分別合成甲醇和氨，且三種氣體均完全轉(zhuǎn)化，若得到液氨34kg物質(zhì)的量=

34000g

17g/mol

=2×10³mol，由化學(xué)方程式定量關(guān)系可知，
CO+2H₂=CH₃OH ①
   N₂+3H₂=2NH₃ ②
    1   3    2
10³mol 3×10³  2×10³mol
反應(yīng)①中的CO和H₂的物質(zhì)的量=10⁴mol-（10³mol+3×10³ mol）；
一氧化碳物質(zhì)的量=

1

3

（10⁴mol-4×10³mol）=2×10³mol；
則碳原子守恒得到：
2CO～2CH₃OH～CH₃OCH₃
2             1
2×10³mol    10³mol
甲醚物質(zhì)的量=10³mol
甲醚質(zhì)量=10³mol×46g/mol=46×10³g=46Kg，
故答案為：46Kg．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了變化過(guò)程中焓變、熵變的分析判斷，化學(xué)方程式的計(jì)算應(yīng)用，反應(yīng)流程的過(guò)程分析比較，反應(yīng)條件是理解的關(guān)鍵，題目難度中等．