Question

（14分）合成氨是人類科學(xué)技術(shù)上的一項重大突破，其反應(yīng)原理為：

N2（g）+3H2（g）2NH3（g） ?H=—92.4kJ?mol?1

一種工業(yè)合成氨的簡易流程圖如下：

（1）天然氣中的H2S雜質(zhì)常用常用氨水吸收，產(chǎn)物為NH4HS。一定條件下向NH4HS溶液中通入空氣，得到單質(zhì)硫并使吸收液再生，寫出再生反應(yīng)的化學(xué)方程式： 。

（2）步驟II中制氯氣原理如下：

對于反應(yīng)①，一定可以提高平衡體系中H2百分含量，又能加快反應(yīng)速率的是 。

a.升高溫度 b.增大水蒸氣濃度 c.加入催化劑 d.降低壓強(qiáng)

利用反應(yīng)②，將CO進(jìn)一步轉(zhuǎn)化，可提高H2產(chǎn)量。若1mol CO和H2的混合氣體（CO的體積分?jǐn)?shù)為20%）與H2O反應(yīng)，得到1.18mol CO、CO2和H2的混合氣體，則CO轉(zhuǎn)化率為 。

（3）下左圖表示500℃、60.0MPa條件下，原料氣投料比與平衡時NH3體積分?jǐn)?shù)的關(guān)系。根據(jù)圖中a點數(shù)據(jù)計算N2的平衡體積分?jǐn)?shù)： 。

（4）依據(jù)溫度對合成氨反應(yīng)的影響，在下右圖坐標(biāo)系中，畫出一定條件下的密閉容器內(nèi)，從通入原料氣開始，隨溫度不斷升高，NH3物質(zhì)的量變化的曲線示意圖。

（5）上述流程圖中，使合成氨放出的熱量得到充分利用的主要步驟是（填序號） ，簡述本流程中提高合成氨原料總轉(zhuǎn)化率的方法： 。

 

Answer 1

（1）2NH4HS +O2 = 2NH3?H2O+2S↓

（2）a 90%

（3）14.5%

（4）

（5）IV； 對原料氣加壓；分離液氨后。未反應(yīng)的N2、H2循環(huán)使用。

【解析】

試題分析：（1）O2把NH4HS 氧化為S，可得化學(xué)方程式：2NH4HS +O2 = 2NH3?H2O+2S↓

（2）a、反應(yīng)①為吸熱反應(yīng)，反應(yīng)速率加快，平衡向右移動，H2的百分含量增大，正確；b、增大水蒸氣濃度，H2的百分含量減小，錯誤；c、加入催化劑，H2的百分含量不變，錯誤；d、降低壓強(qiáng)，反應(yīng)速率減小，錯誤；設(shè)CO的轉(zhuǎn)化量為x

CO + H2O CO2 + H2

轉(zhuǎn)化量（mol） 0.2 0 0.8

轉(zhuǎn)化量（mol） x x x

轉(zhuǎn)化量（mol） 0.2-x x 0.8+x

1mol+ x =1.18mol，則x=0.18mol，可得CO轉(zhuǎn)化率=0.18mol÷0.2mol×100%=90%

（3）根據(jù)圖1可知H2與N2的投料比為3，平衡時NH3體積分?jǐn)?shù)為42%，設(shè)H2物質(zhì)的量為3amol，N2物質(zhì)的量為amol，N2轉(zhuǎn)化的物質(zhì)的量為x則

N2 + 3H2 2NH3

轉(zhuǎn)化量（mol） a 3a 0

轉(zhuǎn)化量（mol） x 3x 2x

轉(zhuǎn)化量（mol） a-x 3a-3x 2x

2x÷（4a-2x）×100% = 42%，解得x = 0.592a，則N2的平衡體積分?jǐn)?shù)=（a—0.592a）÷（4a—2×0.592a）×100% = 14.5%

（4）隨著反應(yīng)的進(jìn)行，NH3的物質(zhì)的量逐漸增大，當(dāng)反應(yīng)平衡后，升高溫度，平衡向左移動，NH3的物質(zhì)的量逐漸減小，可畫出圖像。

（5）步驟IV為熱交換，使合成氨放出的熱量得到充分利用；對原料氣加壓，使平衡向正反應(yīng)方向移動，分離液氨，減少生成物濃度，未反應(yīng)的N2、H2循環(huán)使用等措施可提高提高合成氨原料總轉(zhuǎn)化率。

考點：本題考查化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡的移動、化學(xué)計算、化學(xué)圖像、化學(xué)流程的分析。