Question

【题目】合成氨是人类科学技术上的一项重大突破，其反应原理为N2（g）+3H2（g）2NH3（g）△H=﹣92.4kJmol﹣1 ． 一种工业合成氨的简式流程图如下：

（1）天然气中的H2S杂质常用氨水吸收，产物为NH4HS．一定条件下向NH4HS溶液中通入空气，得到单质硫并使吸收液再生，写出再生反应的化学方程式：
（2）步骤Ⅱ中制氢气的原理如下：①CH4（g）+H2O（g）CO（g）+3H2（g）△H=+206.4 kJmol﹣1
②CO（g）+H2O（g）CO2（g）+H2（g）△H=﹣41.2kJmol﹣1
对于反应①，一定可以提高平衡体系中H2的百分含量，又能加快反应速率的措施是 ．
a．升高温度b．增大水蒸气浓度 c．加入催化剂d．降低压强
利用反应②，将CO进一步转化，可提高H2的产量．若1mol CO和H2的混合气体（CO的体积分数为20%）与H2O反应，得到1.18mol CO、CO2和H2的混合气体，则CO的转化率为 ．
（3）图（a）表示500℃、60.0MPa条件下，原料气投料比与平衡时NH3体积分数的关系．根据图中a点数据计算N2的平衡体积分数： ．
（4）依据温度对合成氨反应的影响，在图（b）坐标系中，画出一定条件下的密闭容器内，从通入原料气开始，随温度不断升高，NH3物质的量变化的曲线示意图 ．
（5）上述流程图中，使合成氨放出的能量得到充分利用的主要步骤是（填序号） ． 简述本流程中提高合成氨原料总转化率的方法：

Answer 1

【答案】
（1）2NH4HS+O2=2S↓+2NH3?H2O
（2）a；90%
（3）14.5%
（4）
（5）Ⅳ；分离液氨，未反应的氮气和氢气循环使用
【解析】解：（1）H2S杂质常用氨水吸收，产物为NH4HS，一定条件下向NH4HS溶液中通入空气，得到单质硫并使吸收液再生，说明又生成一水合氨，化学方程式为：2NH4HS+O2=2S↓+2NH3H2O；所以答案是：2NH4HS+O2=2S↓+2NH3H2O；（2）对于反应①正反应为气体体积增大吸热反应：a．反应是吸热反应，升高温度，反应速率增大，平衡正向进行，平衡体系中H2百分含量增大，故a符合；b．增大水蒸气浓度，平衡正向进行，反应速率增大，但平衡体系中H2百分含量不一定增大，故b不符合；c．加入催化剂，改变反应速率不改变化学平衡，反应速率增大，氢气百分含量不变，故c不符合；d．降低压强，反应速率减小，平衡逆向进行，氢气百分含量减小，故d不符合；若1mol CO和H2的混合气体（CO的体积分数为20%）中 CO为0.2mol，H2的物质的量为0.8mol，与H2O反应，得到1.18mol CO、CO2和H2的混合气体，设转化的一氧化碳的物质的量为x，则： CO（g）+H2O（g）CO2（g）+H2（g）
起始量（mol）0.2 0 0.8
变化量（mol）x x x
平衡量（mol）0.2﹣x x x+0.8
则0.2﹣x+x+x+0.8=1.18，解得x=0.18，则CO转化率为 ×100%=90%，
所以答案是：a；90%；（3）a点氮气的体积分数为42%，氢气与氮气物质的量之比为3：1，二者按3：1反应，平衡时二者体积分数之比为3：1，则平衡时氮气体积分数为（1﹣42%）× =14.5%，所以答案是：14.5%；（4）随反应进行氨气物质的量增大，达到平衡状态，合成氨的反应是放热反应，继续升温，平衡逆向进行，氨气物质的量减小，从通入原料气开始，随温度不断升高，NH3物质的量变化的曲线示意图为： ，
所以答案是： ；（5）合成氨为放热过程，通过Ⅳ热交换器加热反应混合气体，使反应达到所需温度，使合成氨放出的能量得到充分利用；
将氨气液化，分离出氨气促进平衡正向进行，把平衡混合气体中氮气和氢气重新循环使用，提高原理利用率，所以答案是：Ⅳ；分离液氨，未反应的氮气和氢气循环使用．
【考点精析】本题主要考查了化学平衡状态本质及特征和化学平衡的计算的相关知识点，需要掌握化学平衡状态的特征：“等”即 V正=V逆>0；“动”即是动态平衡，平衡时反应仍在进行；“定”即反应混合物中各组分百分含量不变；“变”即条件改变，平衡被打破，并在新的条件下建立新的化学平衡；与途径无关，外界条件不变，可逆反应无论是从正反应开始，还是从逆反应开始，都可建立同一平衡状态（等效）；反应物转化率=转化浓度÷起始浓度×100%=转化物质的量÷起始物质的量×100%；产品的产率=实际生成产物的物质的量÷理论上可得到产物的物质的量×100%才能正确解答此题．