Question

合成氨是人類(lèi)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) ΔH＝－92.4 kJ·mol－1。

一種工業(yè)合成氨的簡(jiǎn)式流程圖如下：

(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，寫(xiě)出再生反應(yīng)的化學(xué)方程式：________________________________。

(2)步驟Ⅱ中制氫氣的原理如下：

ⅰCH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g) ΔH＝＋206.4 kJ·mol－1

ⅱCO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g) ΔH＝－41.2 kJ·mol－1

①對(duì)于反應(yīng)ⅰ，一定可以提高平衡體系中H2的百分含量，又能加快反應(yīng)速率的措施是___________。

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)

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

(3)圖(a)表示500 ℃、60.0 MPa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)：____________。

(4)依據(jù)溫度對(duì)合成氨反應(yīng)的影響，在圖(b)坐標(biāo)系中，畫(huà)出一定條件下的密閉容器內(nèi)，從通入原料氣開(kāi)始，隨溫度不斷升高，NH3物質(zhì)的量變化的曲線示意圖。

Answer 1

（1）2NH4HS＋O2=2NH3·H2O＋2S↓

（2）a 90%

（3）14.5%

（4）

【解析】試題分析：(1)由題意可知為空氣中的O2將－2價(jià)硫氧化為單質(zhì)硫，同時(shí)“吸收液再生”說(shuō)明生成NH3·H2O，所以其化學(xué)方程式為2NH4HS＋O2=2NH3·H2O＋2S↓。(2)①、反應(yīng)i為氣體物質(zhì)的量增大的吸熱反應(yīng)，升高溫度反應(yīng)速率增大，且平衡正向移動(dòng)，H2的百分含量增大，a對(duì)。增大水蒸氣濃度雖可使反應(yīng)速率增大以及平衡右移，但產(chǎn)物H2的百分含量卻減小，b錯(cuò)；催化劑不能改變反應(yīng)限度，即不能改變H2的百分含量，c錯(cuò)；降低壓強(qiáng)使平衡右移，但反應(yīng)速率減小，d錯(cuò)；②、CO與H2的混合氣體與水蒸氣的反應(yīng)中，反應(yīng)體系中的氣體的物質(zhì)的量不變，而1 molCO與H2的混合氣體參加反應(yīng)生成1.18 mol CO、CO2和H2，說(shuō)明有水蒸氣0.18 mol參加了反應(yīng)，則根據(jù)方程式ii可知參加反應(yīng)的CO也為0.18 mol，其轉(zhuǎn)化率為×100%＝90%。(3)由圖a知當(dāng)N2與H2物質(zhì)的量比為1∶3時(shí)，NH3的平衡體積分?jǐn)?shù)最大為42%。設(shè)平衡時(shí)轉(zhuǎn)化的N2的物質(zhì)的量為x mol，則：

N2＋3H22NH3

起始(mol): 1 3 0

轉(zhuǎn)化(mol): x 3x 2x

平衡(mol): 1－x 3－ 3x 2x

×100%＝42%，則x＝0.59

則平衡時(shí)N2的體積分?jǐn)?shù)為×100%＝14.5%。

(4)作圖時(shí)要注意開(kāi)始時(shí)NH3物質(zhì)的量不斷增多，是因?yàn)榉磻?yīng)正向進(jìn)行，達(dá)到一定程度后反應(yīng)達(dá)到平衡而此時(shí)溫度繼續(xù)升高，平衡逆向移動(dòng)，NH3的物質(zhì)的量減小。

考點(diǎn)： 了解N、S單質(zhì)及其重要化合物及應(yīng)用，了解化學(xué)平衡的原理，認(rèn)識(shí)并能用相關(guān)理論解釋其一般規(guī)律。 了解化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡的調(diào)控在生活、生產(chǎn)和科學(xué)研究領(lǐng)域中的重要作用。