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:
________________________________________________________________________。
(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
科目:高中化學 來源:2014-2015學年福建省廈門市高一上學期期中考試化學試卷(解析版) 題型:選擇題
同溫同壓下,1體積X2氣體與3體積Y2氣體生成2體積氣體化合物,則該化合物的化學式為
A.XY B.XY3 C.X3Y D.X2Y3
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科目:高中化學 來源:2014-2015學年陜西省寶雞市岐山縣高一上學期期中質(zhì)量檢測化學試卷(解析版) 題型:選擇題
下列反應的離子方程式書寫中,正確的是
A.氯化銅溶液與鐵粉反應:Cu2+ +Fe=Fe2+ +Cu
B.稀硫酸與鐵粉反應:2Fe+6H+ =2Fe3++3H2↑
C.氫氧化鋇溶液與稀硫酸反應:Ba2+ +SO=BaSO4↓
D.碳酸鈣與鹽酸反應:+2H+ =H2O+CO2↑
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科目:高中化學 來源:2014-2015學年重慶市高二上學期9月培優(yōu)復習化學試卷(解析版) 題型:選擇題
在t℃時,某NaOH稀溶液中,c(H+)=10-a mol/L,c(OH-)=10-b mol/L,已知a+b=13,則在該溫度下,將100 mL 0.10 mol/L的稀硫酸與100 mL 0.40 mol/L的NaOH溶液混合后,溶液的pH為(已知:忽略混合時體積的變化;lg2=0.30;lg3=0.48)( )
A.11.52 B.11.70
C.11.82 D.12.00
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科目:高中化學 來源:2014-2015學年重慶市高二上學期9月培優(yōu)復習化學試卷(解析版) 題型:選擇題
下列各組離子能大量共存,且溶液為無色透明的是( )
A.Al3+、AlO2-、NO3-、Cl-
B.CrO42-、H+、K+、NO3-
C.Ba2+、Na+、HCO3-、OH-
D.K+、SO42-、S2-、Na+
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科目:高中化學 來源:2014-2015學年遼寧省高二上學期10月月考化學試卷(解析版) 題型:選擇題
下列有關化學反應速率的說法中,正確的是( )
A.100 mL 2 mol/L的鹽酸與鋅反應時,加入適量的氯化鈉溶液,生成氫氣的速率不變
B.用鐵片和稀硫酸反應制取氫氣時,改用鐵片和濃硫酸可以加快產(chǎn)生氫氣的速率
C.二氧化硫的催化氧化是一個放熱反應,所以升高溫度,反應速率減慢
D.汽車尾氣中的CO和NO可以緩慢反應生成N2和CO2,減小壓強,反應速率減慢
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科目:高中化學 來源:2014-2015學年遼寧省高二上學期10月月考化學試卷(解析版) 題型:選擇題
已知某可逆反應aA(g) + bB(g) cC(g) + dD(g)。反應過程中,當其它條件不變時,C的體積分數(shù)與溫度(T)和壓強(P)的關系如圖。下列敘述正確的( )
A.正反應為吸熱反應
B.降低溫度,正反應速率增大
C.a(chǎn) + b < c + d
D.增大壓強,B轉化率增大
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科目:高中化學 來源:2014-2015學年遼寧省高一上學期10月月考化學試卷(解析版) 題型:選擇題
MgCl2、KCl、K2SO4 3種鹽配成混合液后,若溶液中n(K+)=1.5 mol、
n(Mg2+)=0.5 mol、n(Cl-)=1.5 mol,則溶液中n(SO42-)應為
A.0.5 mol B.0.25 mol
C.0.15 mol D.1 mol
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科目:高中化學 來源:2014-2015學年遼寧省五校協(xié)作體高二上學期期中化學試卷(解析版) 題型:選擇題
化學與人類生活、社會可持續(xù)發(fā)展密切相關。下列措施有利于節(jié)能減排、保護環(huán)境的是
①加快化石燃料的開采與使用 ②研發(fā)易降解的生物農(nóng)藥 ③應用高效潔凈的能源轉化技術
④田間焚燒秸稈 ⑤推廣使用節(jié)能環(huán)保材料
A.①③⑤ B.②③⑤ C.①②④ D.②④⑤
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