Question

【題目】合成氨是人類科學(xué)技術(shù)上的一項重大突破，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(yīng)的化學(xué)方程式：
（2）步驟Ⅱ中制氫氣的原理如下：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
對于反應(yīng)①，一定可以提高平衡體系中H2的百分含量，又能加快反應(yīng)速率的措施是 ．
a．升高溫度b．增大水蒸氣濃度 c．加入催化劑d．降低壓強
利用反應(yīng)②，將CO進一步轉(zhuǎn)化，可提高H2的產(chǎn)量．若1mol CO和H2的混合氣體（CO的體積分?jǐn)?shù)為20%）與H2O反應(yīng)，得到1.18mol CO、CO2和H2的混合氣體，則CO的轉(zhuǎn)化率為 ．
（3）圖（a）表示500℃、60.0MPa條件下，原料氣投料比與平衡時NH3體積分?jǐn)?shù)的關(guān)系．根據(jù)圖中a點數(shù)據(jù)計算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（b）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(zhuǎn)化率的方法：

Answer 1

【答案】
（1）2NH4HS+O2=2S↓+2NH3?H2O
（2）a；90%
（3）14.5%
（4）
（5）Ⅳ；分離液氨，未反應(yīng)的氮氣和氫氣循環(huán)使用
【解析】解：（1）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，說明又生成一水合氨，化學(xué)方程式為：2NH4HS+O2=2S↓+2NH3H2O；所以答案是：2NH4HS+O2=2S↓+2NH3H2O；（2）對于反應(yīng)①正反應(yīng)為氣體體積增大吸熱反應(yīng)：a．反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，升高溫度，反應(yīng)速率增大，平衡正向進行，平衡體系中H2百分含量增大，故a符合；b．增大水蒸氣濃度，平衡正向進行，反應(yīng)速率增大，但平衡體系中H2百分含量不一定增大，故b不符合；c．加入催化劑，改變反應(yīng)速率不改變化學(xué)平衡，反應(yīng)速率增大，氫氣百分含量不變，故c不符合；d．降低壓強，反應(yīng)速率減小，平衡逆向進行，氫氣百分含量減小，故d不符合；若1mol CO和H2的混合氣體（CO的體積分?jǐn)?shù)為20%）中 CO為0.2mol，H2的物質(zhì)的量為0.8mol，與H2O反應(yīng)，得到1.18mol CO、CO2和H2的混合氣體，設(shè)轉(zhuǎn)化的一氧化碳的物質(zhì)的量為x，則： CO（g）+H2O（g）CO2（g）+H2（g）
起始量（mol）0.2 0 0.8
變化量（mol）x x x
平衡量（mol）0.2﹣x x x+0.8
則0.2﹣x+x+x+0.8=1.18，解得x=0.18，則CO轉(zhuǎn)化率為 ×100%=90%，
所以答案是：a；90%；（3）a點氮氣的體積分?jǐn)?shù)為42%，氫氣與氮氣物質(zhì)的量之比為3：1，二者按3：1反應(yīng)，平衡時二者體積分?jǐn)?shù)之比為3：1，則平衡時氮氣體積分?jǐn)?shù)為（1﹣42%）× =14.5%，所以答案是：14.5%；（4）隨反應(yīng)進行氨氣物質(zhì)的量增大，達到平衡狀態(tài)，合成氨的反應(yīng)是放熱反應(yīng)，繼續(xù)升溫，平衡逆向進行，氨氣物質(zhì)的量減小，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為： ，
所以答案是： ；（5）合成氨為放熱過程，通過Ⅳ熱交換器加熱反應(yīng)混合氣體，使反應(yīng)達到所需溫度，使合成氨放出的能量得到充分利用；
將氨氣液化，分離出氨氣促進平衡正向進行，把平衡混合氣體中氮氣和氫氣重新循環(huán)使用，提高原理利用率，所以答案是：Ⅳ；分離液氨，未反應(yīng)的氮氣和氫氣循環(huán)使用．
【考點精析】本題主要考查了化學(xué)平衡狀態(tài)本質(zhì)及特征和化學(xué)平衡的計算的相關(guān)知識點，需要掌握化學(xué)平衡狀態(tài)的特征：“等”即 V正=V逆>0；“動”即是動態(tài)平衡，平衡時反應(yīng)仍在進行；“定”即反應(yīng)混合物中各組分百分含量不變；“變”即條件改變，平衡被打破，并在新的條件下建立新的化學(xué)平衡；與途徑無關(guān)，外界條件不變，可逆反應(yīng)無論是從正反應(yīng)開始，還是從逆反應(yīng)開始，都可建立同一平衡狀態(tài)（等效）；反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率=轉(zhuǎn)化濃度÷起始濃度×100%=轉(zhuǎn)化物質(zhì)的量÷起始物質(zhì)的量×100%；產(chǎn)品的產(chǎn)率=實際生成產(chǎn)物的物質(zhì)的量÷理論上可得到產(chǎn)物的物質(zhì)的量×100%才能正確解答此題．