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12.合成氨的流程示意图如下.

请回答下列问题.
(1)设备A中含有电加热器,触媒和热交换器,其中发生的化学反应方程式为N2+3H22NH3,设备A的名称是合成塔;
(2)设备B中m和n是两个通水口,入水口是n(填“m”或“n”);不宜从相反方向通水的原因是高温气体从冷却塔的上端进入,冷却水应从下端进入,逆向冷却效果好.
(3)工业合成氨的原料是氮气和氢气.氮气是从空气中分离出来的,通常使用的两种分离方法是液化,分馏.
(4)天然气、重油、煤都可以与水反应制得氢气.下表是某合成氨厂采用不同原料的相对投资和能量消耗.
原料天然气重油煤
相对投资费用1.01.52.0
能量消耗/J•t-1281093810948109
①依据上表信息,你认为采用天然气为原料最好.
②请写出甲烷在高温、催化剂的作用下与水蒸气反应生成氢气和一氧化碳的化学方程式:CH4+H2O$\frac{\underline{\;\;\;高温\;\;\;}}{催化剂}$CO+3H2.
③已知C(s)、CO(g)和H2(g)完全燃烧的热化学方程式分别为:
C(s)+O2(g)=CO2(g)△H=-394kJ/mol
2CO(g)+O2(g)=2CO2(g)△H=-566kJ/mol
2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)△H=-484kJ/mol
试写出由C与水蒸气在高温条件下反应生成氢气与一氧化碳的热化学方程式C(S)+H2O(g)$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$CO(g)+H2(g) △H=+131KJ/mol.
(5)在合成氨生产中,将生成的氨及时从反应后的气体中分离出来.运用化学平衡的知识分析这样做的理由:移走氨气,减小生成物浓度,平衡右移,有利于氨合成.

分析 (1)根据合成氨的工业流程进行解答,发生的化学反应为氮气和氢气合成氨气;
(2)根据冷却的原理和水的重力的影响进行解答;
(3)根据需分离物质的物理性质进行解答;
(4)①依据表中信息进行对比解答;
②根据质量守恒进行解答;
③根据盖斯定律进行解答;
(5)根据影响化学平衡的因素进行解答.

解答 解:(1)合成氨工业流程:原料气制备、原料气净化和压缩、氨的合成、氨的分离,冷凝分离氨气的设备为冷却塔;设备A中含有电加热器,触媒和热交换器,说明发生的化学反应方程式为:N2+3H22NH3,设备A的作用是能将氮气和氢气反应,所以设备A的名称是合成塔,
故答案为:N2+3H22NH3;合成塔;
(2)为了增强冷却效果,冷却水应从下端进入,逆向冷却效果好,所以入水口为n,
故答案为:n;高温气体从冷却塔的上端进入,冷却水应从下端进入,逆向冷却效果好;
(3)将液氨和未反应的原料分离,利用空气中氮气的沸点比氧气的沸点低,先将空气加压降温变成液态,然后再加热,使氮气首先从液态空气中蒸发出来,留下的就是液态氧气.故分离方法是液化和分馏,
故答案为:液化;分馏;
(4)①根据合成氨厂采用不同原料的相对投资和能量消耗表,天然气相对投资费用1.0,能量消耗28109J•t-1,天然气相对投资费用1.5,能量消耗28109×1.5J•t-1,天然气相对投资费用2.0,能量消耗2×28109J•t-1,相对于重油和煤,天然气为原料最好,
故答案为:天然气;
②甲烷在高温、催化剂的作用下与水蒸气反应;生成氢气和一氧化碳,根据题干中提供的反应物和生成物,再根据质量守恒,即可得出CH4+H2O$\frac{\underline{\;\;\;高温\;\;\;}}{催化剂}$CO+3H2,
故答案为:CH4+H2O$\frac{\underline{\;\;\;高温\;\;\;}}{催化剂}$CO+3H2;
③C(s)、CO(g)和H2(g)完全燃烧的热化学方程式分别为:
C(s)+O2(g)═CO2(g)△H=-394kJ/mol;A
2CO(g)+O2(g)═2CO2(g)△H=-566kJ/mol;B
2H2(g)+O2(g)═2H2O(g)△H=-484kJ/mol;C
将ABC三式作如下变换,A-$\frac{1}{2}$C-$\frac{1}{2}$B可得C(S)+H2O(g)$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$CO(g)+H2(g) △H=+131KJ/mol,
故答案为:C(S)+H2O(g)$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$CO(g)+H2(g) △H=+131KJ/mol;
(5)N2+3H22NH3,该反应为可逆反应,从化学平衡移动的角度考虑,减少生成物的浓度,化学平衡向正反应方向移动,
故答案为:移走氨气,减小生成物浓度,平衡右移,有利于氨合成.

点评 本题是一道化学和工业生产联系的题目,主要考查了合成氨工业,掌握合成氨工业的流程和设备,结合化学平衡的原理解答是关键,难度中等.

练习册系列答案
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科目:高中化学 来源: 题型:解答题

2.(1)根据分子中所含官能团可预测有机化合物的性质.
①下列化合物中能发生消去反应的是bc(填字母).
a.CH3OH         b.CH3CH2Cl      c.CH3CH2OH   d.
②下列化合物中,常温下易被空气氧化的是d(填字母).

③为检验C3H7Br中溴元素进行如下操作:①加热煮沸;②加入AgNO3溶液;③取少量该卤代烃;④加入足量稀硝酸酸化;⑤加入NaOH溶液;⑥冷却.正确的操作顺序是③⑤①⑥④②.
(2)化合物C是一种医药中间体,可通过下列方法合成:
$→_{H+}^{KMnO_{4}}$[B]$→_{浓硫酸,△}^{CH_{3}OH}$

已知:$\stackrel{KMnO_{4}(H+)}{→}$
①C中含氧官能团的名称为醚键和酯基.②B的结构简式为.
③B→C的反应类型为酯化反应.
(3)生活中常用的某种香料X的结构简式为:
①香料X中含氧官能团的名称是醛基.
②香料X可发生的反应类型是b、c(填代号)
a.酯化反应b.还原反应    c.加成反应d.消去反应.

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科目:高中化学 来源: 题型:选择题

3.化学与环境、生活、生产、能源关系密切,下列说法正确的是(  )
A.金属铝在生产、生活中得到广泛的应用,主要是因为其可用热还原法冶炼
B.对“地沟油”蒸馏可以获得汽油
C.氯气常用于自来水的消毒,是利用了氯气的强氧化性来杀菌消毒
D.化石燃料使用过程中排放的硫、氮的氧化物是形成酸雨的主要原因

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科目:高中化学 来源: 题型:选择题

20.一定条件下,如图所示装置可实现有机物的电化学储氢(忽略其他有机物),则下列叙述正确的是(  )
A.多孔性惰性电极E为电解池的阴极
B.装置中气体C为氢气
C.由A至D,导线中电子转移方向为D→A
D.装置中阴极的电极反应式为C6H6+6H++6e-═C6H12

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科目:高中化学 来源: 题型:选择题

7.下列有关说法正确的是(  )
A.H2、SO2、CO2三种气体都可用浓硫酸干燥
B.Fe(OH)3胶体为无色、透明,能发生丁达尔现象
C.在酒精灯加热条件下,Na2CO3、NaHCO3固体都能发生分解
D.SiO2既能和氢氟酸反应又能和氢氧化钠溶液反应,所以是两性氧化物

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科目:高中化学 来源: 题型:选择题

17.下列说法中,正确的是(  )
A.H2SO4的摩尔质量是98 g
B.1 mol CO2的体积是22.4 L
C.0.2 mol H2O的质量是3.6 g
D.0.1 mol/LFeCl3溶液中,C1-的物质的量浓度为0.1 mol/L

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科目:高中化学 来源: 题型:解答题

4.为探究生活中两种常见的有机物的性质,某同学设计如下实验,请根据题目要求回答下列问题:
(1)如图所示,试管中装乙醇,据此,请你任写一点该探究实验产生的现象钠沉于无水酒精底部,反应缓慢,表面有气泡.
(2)用食醋浸泡附有水垢(主要成分CaCO3)的水壶,可以除去水垢,说明酸性:醋酸>碳酸.(填“>”或“<”)

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科目:高中化学 来源: 题型:解答题

1.NiCl2是化工合成中最重要的镍源,工业上以金属镍废料为原料生产NiCl2,继而生产Ni2O3的工艺流程如图1:

下表列出了相关金属离子生成氢氧化物沉淀的pH(开始沉淀的pH按金属离子浓度为1.0mol•L-1计算).
氢氧化物Fe(OH)3Fe(OH)2Al(OH)3Ni(OH)2
开始沉淀的pH1.16.53.57.1
沉淀完全的pH3.29.74.79.2
(1)为了提高金属镍废料浸出的速率,在“酸浸”时可采取的措施有:①适当升高温度;②搅拌;③增大盐酸的浓度(或将镍废料研成粉末等)等.
(2)酸浸后的酸性溶液中含有Ni2+、Cl-,另含有少量Fe2+、Fe3+、Al3+等.沉镍前需加Na2CO3控制溶液pH范围为4.7~7.1.
(3)从滤液A中可回收利用的主要物质是氯化钠.
(4)“氧化”生成Ni2O3的离子方程式为2Ni2++ClO-+4OH-=Ni2O3↓+Cl-+2H2O.
(5)工业上用镍为阳极,电解0.05~0.1mol•L-1NiCl2溶液与一定量NH4Cl组成的混合溶液,可得到高纯度、球形的超细镍粉.当其它条件一定时,NH4Cl的浓度对阴极电流效率及镍的成粉率的影响如图2所示:
①NH4Cl的浓度最好控制为10g•L-1.
②当NH4Cl浓度大于15g•L-1时,阴极有气体生成,导致阴极电流效率降低,写出相应的电极反应式:2H++2e-=H2↑(或2NH4++2H2O+2e-=H2↑+2NH3•H2O).

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科目:高中化学 来源: 题型:实验题

2.苯佐卡因(对氨基苯甲酸乙酯)为白色粉末,常用于创面、溃疡面及痔疮的镇痛.实验室制备苯佐卡因的反应、装置示意图和有关数据如下:

  相对分子质量 密度/(g•cm-3) 熔点/℃沸点/℃ 水中溶解性
 乙醇 46 0.789-117.3 78.5 与水互溶
 对氨基苯甲酸 137 1.374 188 340 微溶
 苯佐卡因 165 1.039 90 172 难溶
 乙醚 74 0.71-116.3 35 微溶
实验步骤:在圆底烧瓶中加入2~3片碎瓷片,0.00300mol对氨基苯甲酸、0.0150mol乙醇和数滴浓硫酸,振荡,然后将烧瓶在水浴上加热回流1h,冷却后,分批加入NaHCO3溶液直至无明显气泡产生,再加入少量NaHCO3溶液至pH≈8.将烧瓶中的液体倒入分液漏斗中,用乙醚分两次萃取,向分液所得的乙醚层中加入少量无水硫酸镁固体,静置片刻,过滤除去硫酸镁固体,最后蒸馏,蒸出乙醚,得苯佐卡因0.198g.
回答下列问题:
(1)仪器A的名称是球形冷凝管.
(2)碎瓷片的作用是防止暴沸.
(3)本实验中加入过量乙醇的目的是提高对氨基苯甲酸的利用率.
(4)加入NaHCO3溶液的作用是除去混有对氨基苯甲酸.
(5)分液漏斗使用之前必须进行的操作是查漏;分液时,应先将下层液从分液漏斗下口放出,再将上层液从上口倒出.
(6)实验中加入少量无水硫酸镁的目的是吸收乙醚中的水.
(7)本实验中苯佐卡因的产率是40%(保留三位有效数字).

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