Question

14．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）△H=-92.4kJ•mol^-1一種工業(yè)合成氨的簡易流程圖如下：
（1）在密閉容器中，使2mol N₂和6mol H₂混合發(fā)生下列反應(yīng)：N₂（g）+3H₂（g）═2NH₃（g）（正反應(yīng)為放熱反應(yīng)）
當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，N₂和H₂的濃度比是1：3．升高平衡體系的溫度（保持體積不變），
混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量變�。�（填“變大”“變小”或“不變”）
（2）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，寫出再生反應(yīng)的化學(xué)方程式：2NH₄HS+O₂$\frac{\underline{\;一定條件\;}}{\;}$2NH₃•H₂O+2S↓．
（3）步驟Ⅱ中制氫氣原理如下：
①CH₄（g）+H₂O（g）═CO（g）+3H₂（g）△H=+206.4kJ•mol^-1
②CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g）△H=-41.2kJ•mol^-1
對(duì)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)速率的措施是a．
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a mol CO和H₂的混合氣體（H₂的體積分?jǐn)?shù)為80%）與H₂O反應(yīng)，得到1.14a mol CO、CO₂和H₂的混合氣體，則CO轉(zhuǎn)化率為70%．
（4）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)）Ⅳ對(duì)原料氣加壓．簡述本流程中提高合成氨原料總轉(zhuǎn)化率的方法：分離液氨后，未反應(yīng)的N₂、H₂循環(huán)使用．

Answer 1

分析 （1）依據(jù)起始量氮?dú)夂蜌錃馕镔|(zhì)的量之比等于反應(yīng)之比分析判斷；反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升溫平衡逆向進(jìn)行，氣體質(zhì)量不變，物質(zhì)的量增大，根據(jù)M=$\frac{m}{n}$判斷；
（2）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；
（3）反應(yīng)①是氣體體積增大的吸熱反應(yīng)，一定可以提高平衡體系中H₂百分含量，說明平衡正向進(jìn)行，又能加快反應(yīng)速率，說明影響反應(yīng)速率的條件可以是升溫、加壓、增大濃度等，分析反應(yīng)特征可知反應(yīng)正向進(jìn)行且反應(yīng)速率增大的只有升溫平衡向吸熱反應(yīng)進(jìn)行，平衡正向進(jìn)行反應(yīng)速率增大，依據(jù)平衡移動(dòng)原理和影響反應(yīng)速率因素分析判斷；依據(jù)化學(xué)平衡三段式列式計(jì)算，根據(jù)轉(zhuǎn)化率的表達(dá)式計(jì)算；
（4）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）依據(jù)起始量氮?dú)夂蜌錃馕镔|(zhì)的量之比等于反應(yīng)之比分析判斷，在密閉容器中，使2molN₂和6molH₂混合發(fā)生下列反應(yīng)：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g），反應(yīng)物起始量之比等于化學(xué)方程式中的反應(yīng)之比，所以平衡濃度為1：3；N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）（正反應(yīng)為放熱反應(yīng)），反應(yīng)是放熱反應(yīng)，所以升溫平衡逆向進(jìn)行，氣體質(zhì)量不變，氣體物質(zhì)的量增大，M=$\frac{m}{n}$可知，混和氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量減�。还蚀鸢笧椋�1：3；變小；
（2）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+O₂$\frac{\underline{\;一定條件\;}}{\;}$2NH₃•H₂O+2S↓，故答案為：2NH₄HS+O₂$\frac{\underline{\;一定條件\;}}{\;}$2NH₃•H₂O+2S↓；
（3）反應(yīng)①CH₄（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+3H₂（g）△H=+206.4 kJ•mol^-1，是氣體體積增大的吸熱反應(yīng)，一定可以提高平衡體系中H₂百分含量，說明平衡正向進(jìn)行，又能加快反應(yīng)速率，說明影響反應(yīng)速率的條件可以是升溫、加壓、增大濃度等，分析反應(yīng)特征可知反應(yīng)正向進(jìn)行且反應(yīng)速率增大的只有升溫平衡向吸熱反應(yīng)進(jìn)行，平衡正向進(jìn)行反應(yīng)速率增大；
a．反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，升高溫度，反應(yīng)速率增大，平衡正向進(jìn)行，平衡體系中H₂百分含量增大，故a正確；
b．增大水蒸氣濃度，平衡正向進(jìn)行，反應(yīng)速率增大，但平衡體系中H₂百分含量不一定增大，故b錯(cuò)誤；
c．加入催化劑，改變反應(yīng)速率不改變化學(xué)平衡，反應(yīng)速率增大，氫氣百分含量不變，故c錯(cuò)誤；
d．減小壓強(qiáng)，平衡向著正向移動(dòng)，氫氣百分含量增大，但反應(yīng)速率減小，故d錯(cuò)誤；
利用反應(yīng)②，將CO進(jìn)一步轉(zhuǎn)化，可提高H₂產(chǎn)量，若：amol CO和H₂的混合氣體（H₂的體積分?jǐn)?shù)為80%）中 H₂為：amol×80%=0.8amol，CO的物質(zhì)的量為：0.2amol，與H₂O反應(yīng)，得到1.14amol CO、CO₂和H₂的混合氣體，該反應(yīng)前后氣體體積不變，增加的部分應(yīng)該是起始的水蒸氣的物質(zhì)的量為：1.14amol-amol=0.14amol，
設(shè)轉(zhuǎn)化的一氧化碳的物質(zhì)的量為x，則
            CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
起始量（mol） 0.2a  0.14a      0      0.8a
變化量（mol） x       x          x      x
平衡量（mol）0.2a-x   0.14a-x    x    x+0.8a
則：0.2a-x+x+x+0.8a=1.14a，
x=0.14amol
則CO轉(zhuǎn)化率為：$\frac{0.14amol}{0.2a\\;mol}$×100%=70%，
故答案為：a；70%；
（4）由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對(duì)原料氣加壓；分離液氨后，未反應(yīng)的N₂、H₂循環(huán)使用．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了化學(xué)平衡影響因素、化學(xué)平衡的計(jì)算，題目難度中等，注意化學(xué)平衡的計(jì)算方法，明確化學(xué)平衡及其影響因素，試題培養(yǎng)了學(xué)生的分析、理解能力及化學(xué)計(jì)算能力．