Question

合成氨是人類科學(xué)技術(shù)上的一項(xiàng)重大突破，其反應(yīng)原理為：N₂（g）+3H₂（g）⇌2NH₃（g）+Q（Q＞0）

一種工業(yè)合成氨的簡易流程圖如下：

完成下列填空：

（1）天然氣中的H₂S雜質(zhì)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．NH₄HS的電子式是    ，寫出再生反應(yīng)的化學(xué)方程式：   ．NH₃的沸點(diǎn)高于H₂S，是因?yàn)镹H₃分子之間存在著一種比   更強(qiáng)的作用力．

（2）室溫下，0.1mol/L的氯化銨溶液和0.1mol/L的硫酸氫銨溶液，酸性更強(qiáng)的是    ．已知：H₂SO₄：K_i2=1.2×10^﹣2NH₃•H₂O：K_i=1.8×10^﹣5．

（3）圖2表示500℃、60.0MPa條件下，原料氣投料比與平衡時(shí)NH₃體積分?jǐn)?shù)的關(guān)系．根據(jù)圖中a點(diǎn)數(shù)據(jù)計(jì)算N₂的平衡體積分?jǐn)?shù)：   （答案用小數(shù)表示，保留3位有效數(shù)字）．

（4）依據(jù)溫度對(duì)合成氨反應(yīng)的影響，在圖3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，使合成氨放出的能量得到充分利用的主要步驟是（填序號(hào)）   ．簡述本流程中提高合成氨原料總轉(zhuǎn)化率的方法：  ．

Answer 1

考點(diǎn)：  工業(yè)合成氨；化學(xué)平衡的調(diào)控作用．

專題：  化學(xué)平衡專題．

分析：  （1）NH₄HS的電子式是；H₂S雜質(zhì)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，反應(yīng)過程中生成一水合氨，依據(jù)原子守恒和電子守恒配平書寫化學(xué)方程式；NH₃分子間存在氫鍵，所以NH₃的沸點(diǎn)高于H₂S；

（2）硫酸氫銨中的硫氫根離子第二步電離程度K_i2=1.2×10^﹣2，非常的大，所以硫酸氫銨溶液的酸性強(qiáng)同濃度的氯化銨；

（3）依據(jù)反應(yīng)特征N₂+3H₂=2NH₃，反應(yīng)前后氣體體積減小為生成氨氣的體積，相同條件下，氣體體積比等于氣體物質(zhì)的量之比，圖象分析可知平衡狀態(tài)氨氣體積含量42%，設(shè)平衡混合氣體體積為 100，氨氣為體積42，計(jì)算反應(yīng)的氮?dú)�，依�?jù)氣體體積比計(jì)算原混合氣體中氮?dú)怏w積，得到平衡狀態(tài)下氮?dú)怏w積分?jǐn)?shù)；

（4）合成氨的反應(yīng)是放熱反應(yīng)，開始反應(yīng)，氨氣物質(zhì)的量增大，達(dá)到平衡狀態(tài)，繼續(xù)升溫，平衡逆向進(jìn)行，氨氣物質(zhì)的量減小，據(jù)此畫出變化圖象；

（5）依據(jù)反應(yīng)是氣體體積減小的放熱反應(yīng)，結(jié)合平衡移動(dòng)原理分析判斷；

解答：  解：（1）NH₄HS的電子式是；H₂S雜質(zhì)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，反應(yīng)過程中生成一水合氨，依據(jù)原子守恒和電子守恒配平書寫化學(xué)方程式為：2NH₄HS+O₂2NH₃•H₂O+2S；

；NH₃分子間存在氫鍵，所以NH₃的沸點(diǎn)高于H₂S，

故答案為：；2NH₄HS+O₂2NH₃•H₂O+2S；分子間作用；

（2）硫酸氫銨中的硫氫根離子第二步電離程度K_i2=1.2×10^﹣2，非常的大，而氯化銨是水解呈酸性，所以硫酸氫銨溶液的酸性強(qiáng)同濃度的氯化銨，

故答案為：硫酸氫銨；硫酸氫銨中的硫氫根離子第二步電離程度K_i2=1.2×10^﹣2，非常的大，大于銨根離子水解產(chǎn)生的酸性；

（3）依據(jù)反應(yīng)特征N₂+3H₂=2NH₃ △V

                1  3   2     2

          平衡體積      V    V

即反應(yīng)前后氣體體積減小為生成氨氣的體積，相同條件下，氣體體積比等于氣體物質(zhì)的量之比，圖象分析可知平衡狀態(tài)氨氣體積含量42%，設(shè)平衡混合氣體體積為100，氨氣為體積42，則反應(yīng)前氣體體積100+42=142，氮?dú)夂蜌錃獍凑?：3混合，氮?dú)怏w積=142×=35.5，依據(jù)化學(xué)方程式計(jì)算反應(yīng)的氮?dú)怏w積為21，平衡狀態(tài)氮?dú)鉃?5.5﹣21=14.5，則氮?dú)怏w積分?jǐn)?shù)為14.5%；

故答案為：14.5%；

（4）合成氨的反應(yīng)是放熱反應(yīng)，開始反應(yīng)，氨氣物質(zhì)的量增大，達(dá)到平衡狀態(tài)，繼續(xù)升溫，平衡逆向進(jìn)行，氨氣物質(zhì)的量減小，畫出的圖象為：

，故答案為：；

（5）分析流程合成氨放熱通過Ⅳ熱交換器加熱反應(yīng)混合氣體，使反應(yīng)達(dá)到所需溫度，提高合成氨原料總轉(zhuǎn)化率，依據(jù)平衡移動(dòng)原理分析，分離出氨氣促進(jìn)平衡正向進(jìn)行，把平衡混合氣體中氮?dú)夂蜌錃庵匦卵�環(huán)使用，提高原理利用率；

故答案為：Ⅳ；分離液氨，未反應(yīng)的氮?dú)夂蜌錃庋�環(huán)使用．

點(diǎn)評(píng)：  本題考查了化學(xué)平衡影響因素分析，平衡計(jì)算應(yīng)用，注意反應(yīng)特征的計(jì)算應(yīng)用，圖象繪制，掌握基礎(chǔ)是關(guān)鍵，題目難度較大．