Question

【題目】合成氨是人類科學(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) △H=-92.4kJmol-1

一種工業(yè)合成氨的簡易流程圖如圖：

（1）天然氣中的H2S雜質(zhì)常用常用氨水吸收，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(yīng)的化學(xué)方程式：___。

（2）步驟II中制氯氣原理如下：

①CH4(g)+H2O(g)=CO2(g)+3H2(g) △H=+206.4kJmol-1

②CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g) △H=-41.2kJmol-1

對于反應(yīng)①，一定可以提高平衡體系中H2百分含量，又能加快反應(yīng)速率的是___。

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)

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

（3）圖2表示500℃、60.0MPa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)溫度對合成氨反應(yīng)的影響，在圖3坐標(biāo)系中，畫出一定條件下的密閉容器內(nèi)，從通入原料氣開始，隨溫度不斷升高，NH3物質(zhì)的量變化的曲線示意圖___。

（5）上述流程圖中，使合成氨放出的熱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(zhuǎn)化率的方法：___。

Answer 1

【答案】2NH4HS+O2=2NH3·H2O+2S↓ a 90% 14.5% Ⅳ 分離液氨，未反應(yīng)的氮?dú)夂蜌錃庋�環(huán)使用

【解析】

與發(fā)生氧化還原反應(yīng)；

（2）根據(jù)影響反應(yīng)速率的因素、影響平衡移動(dòng)的因素分析能提高平衡體系中H2百分含量，又能加快反應(yīng)速率的方法；利用“三段式”計(jì)算CO轉(zhuǎn)化率；

（3）利用“三段式”計(jì)算a點(diǎn)N2的平衡體積分?jǐn)?shù)；

（4）隨著反應(yīng)的進(jìn)行，的物質(zhì)的量逐漸增大，當(dāng)反應(yīng)平衡后，升高溫度，平衡向左移動(dòng)，的物質(zhì)的量逐漸減��；

分析流程合成氨放熱，通過Ⅳ熱交換器加熱反應(yīng)混合氣體；把平衡混合氣體中氮?dú)夂蜌錃庵匦卵�環(huán)使用；

把氧化為S，化學(xué)方程式是；

、反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，升高溫度，反應(yīng)速率加快，平衡向右移動(dòng)，的百分含量增大，故a正確；

b、增大水蒸氣濃度，的百分含量減小，故b錯(cuò)誤；

c、加入催化劑，平衡不移動(dòng)，的百分含量不變，故c錯(cuò)誤；

d、降低壓強(qiáng)，反應(yīng)速率減小，故d錯(cuò)誤；

設(shè)CO的轉(zhuǎn)化量為x

轉(zhuǎn)化量 0

轉(zhuǎn)化量 x x x

平衡量 x

，則，可得CO轉(zhuǎn)化率；

根據(jù)圖1可知a點(diǎn)與的投料比為3，平衡時(shí)體積分?jǐn)?shù)為，設(shè)物質(zhì)的量為3amol，物質(zhì)的量為amol，轉(zhuǎn)化的物質(zhì)的量為x，則

轉(zhuǎn)化量 a 3a 0

轉(zhuǎn)化量 x 3x 2x

平衡量 2x

，解得，則的平衡體積分?jǐn)?shù)；

隨著反應(yīng)的進(jìn)行，的物質(zhì)的量逐漸增大，當(dāng)反應(yīng)平衡后，升高溫度，平衡向左移動(dòng)，的物質(zhì)的量逐漸減小，可畫出圖象為：；

分析流程合成氨放熱，通過Ⅳ熱交換器加熱反應(yīng)混合氣體，使反應(yīng)達(dá)到所需溫度，提高合成氨原料總轉(zhuǎn)化率，依據(jù)平衡移動(dòng)原理，分離出氨氣促進(jìn)平衡正向進(jìn)行，把平衡混合氣體中氮?dú)夂蜌錃庵匦卵�環(huán)使用，提高原理利用率。