Question

合成氨是人類科學技術上的一項重大突破，其反應原理為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，寫出再生反應的化學方程式：

________________________________________________________________________。

（2）步驟Ⅱ中制氫氣的原理如下：

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

②CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g) ΔH＝－41.2 kJ·mol－1

對于反應①，一定可以提高平衡體系中H2的百分含量，又能加快反應速率的措施是____________。（填序號）

a．升高溫度 b．增大水蒸氣濃度 c．加入催化劑 d．降低壓強

利用反應②，將CO進一步轉化，可提高H2的產(chǎn)量。若1 mol CO和H2的混合氣體(CO的體積分數(shù)為20%)與H2O反應，得到1.18 mol CO、CO2和H2的混合氣體，則CO的轉化率為____________。

（3）下圖表示500 ℃、60.0 MPa條件下，原料氣投料比與平衡時NH3體積分數(shù)的關系。根據(jù)圖中a點數(shù)據(jù)計算N2的平衡體積分數(shù)：____________。

（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)________。

簡述本流程中提高合成氨原料總轉化率的方法：

________________________________________________________________________。

 

Answer 1

（12分）（1）2NH4HS＋O2一定條件2NH3·H2O＋2S

（2）a 90%

（3）14.5%

（4）Ⅳ 對原料氣加壓；分離液氨后，未反應的N2、H2循環(huán)使用

【解析】

試題分析：（1）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，吸收液是氨水，所以再生反應的化學方程式為2NH4HS＋O2一定條件2NH3·H2O＋2S；

（2）a、升高溫度，平衡向吸熱反應方向移動，所以升高溫度平衡正向移動，氫氣的百分含量增加，同時反應速率加快，正確；b、增大水蒸氣濃度，反應速率加快，平衡正向移動，但氫氣的物質(zhì)的量增加小于水蒸氣物質(zhì)的量增加值，所以氫氣的百分含量降低，錯誤；c、加入催化劑，反應速率加快，但對平衡無影響，氫氣的百分含量不變，錯誤；d、降低壓強，反應速率減慢，平衡正向移動，氫氣的百分含量增加，錯誤，答案選a；1 mol CO和H2的混合氣體中CO的物質(zhì)的量是0.2mol，則氫氣的物質(zhì)的量是0.8mol，設CO轉化的物質(zhì)的量是xmol，則生成xmol的二氧化碳和氫氣，則0.2-x+x+0.8+x=1.18，解得x=0.18，所以CO的轉化率是0.18mol/0.2mol×100%=90%；

（3）根據(jù)圖可知，當氫氣與氮氣的投料比是3時，氨氣的平衡體積分數(shù)是42%，設開始時氮氣的物質(zhì)的量是1mol，則氫氣的物質(zhì)的量是3mol，平衡時氮氣的物質(zhì)的量減少xmol，生成氨氣是2xmol，則2x/(1-x+3-3x+2x) ×100%=42%，解得x=0.59，則平衡時氮氣的體積分數(shù)是（1-x）/(1-x+3-3x+2x) ×100%=14.5%；

（4）合成氨是放熱反應，所以可以預熱氮氣、氫氣，所以合成氨放出的能量得到充分利用的主要步驟是熱交換步驟IV；提高合成氨原料總轉化率就是使平衡一直正向移動，則可以對原料氣加壓，平衡正向移動；分離液氨后，平衡正向移動；未反應的N2、H2循環(huán)使用，可以增大原料的轉化率。

考點：考查化學平衡的計算，化學方程式的書寫