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)　ΔH＝－92.4 kJ·mol－1一种工业合成氨的简易流程图如下：

(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

对于反应①，一定可以提高平衡体系中H2百分含量，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产量。若1 mol CO和H2的混合气体(CO的体积分数为20%)与H2O反应，得到1.18 mol CO、CO2和H2的混合气体，则CO转化率为__________________。

(3)如图表示500 ℃、60.0 MPa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：________________。

Answer 1

【答案】2NH4HS＋O22NH3·H2O＋2S↓ a 90% 14.5%

【解析】

（1）根据氧化还原反应的规律，进行方程式的配平，NH4HS中-2价的S元素被氧气氧化成S单质，NH4+最终以NH3·H2O形式存在；

（2）根据反应CH4(g)＋H2O(g) CO(g)＋3H2(g)　ΔH＝＋206.4 kJ·mol－1可知，该反应正反应为吸热反应，若提高平衡体系中H2百分含量，需使平衡向正反应方向移动，又能加快反应速率，不能降低压强或减少反应物的浓度，综合影响化学反应速率与化学平衡的各因素分析作答；设CO的转化量为x，列出反应的“三段式”得出其转化率；

（3）根据图1可知H2与N2的投料比为3，平衡时NH3体积分数为42%，设H2物质的量为3a mol，N2物质的量为a mol，N2转化的物质的量为x，列出反应的“三段式”得出N2的平衡物质的量分数，因相同条件下，气体的体积之比等于气体的物质的量之比，得出结论。

（1）通入空气后，O2把NH4HS 氧化为S，可得化学方程式：2NH4HS＋O22NH3·H2O＋2S↓，

故答案为：2NH4HS＋O22NH3·H2O＋2S↓；

（2）a. 反应①为吸热反应，升高温度，化学反应速率加快，同时平衡向右移动，使H2的百分含量增大，符合题意，故a正确；

b. 增大水蒸气浓度，平衡虽向右移动，但H2的百分含量会减小，故b错误；

c. 加入催化剂，能加快反应速率，但平衡不移动，则H2的百分含量不变，故c错误；

d. 降低压强，平衡虽向右移动，但反应速率减小，故d错误；

CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)

初始量（mol） 0.2 0 0.8

转化量（mol） x x x

剩余量（mol） 0.2-x x 0.8+x

（0.2-x）+x+（0.8+x）=1.18 mol，则x = 0.18 mol，可得CO转化率 = ×100% = 90%；

（3）根据图1可知H2与N2的投料比为3，平衡时NH3体积分数为42%，设H2物质的量为3a mol，N2物质的量为a mol，N2转化的物质的量为x，则

N2 + 3H2 2NH3

初始量（mol） a 3a 0

转化量（mol） x 3x 2x

剩余量（mol）a-x 3a-3x 2x

则÷×100% = 42%，解得x = 0.592 a，则N2的平衡体积分数 =×100% = 14.5%。