Question

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)      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的百分含量，又能加快反应速率的措施是____________。（填序号）

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的转化率为____________。

（3）下图表示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：____________。

（4）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

（12分）（1）2NH4HS＋O2一定条件2NH3·H2O＋2S

（2）a 90%

（3）14.5%

（4）Ⅳ 对原料气加压；分离液氨后，未反应的N2、H2循环使用

【解析】

试题分析：（1）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，吸收液是氨水，所以再生反应的化学方程式为2NH4HS＋O2一定条件2NH3·H2O＋2S；

（2）a、升高温度，平衡向吸热反应方向移动，所以升高温度平衡正向移动，氢气的百分含量增加，同时反应速率加快，正确；b、增大水蒸气浓度，反应速率加快，平衡正向移动，但氢气的物质的量增加小于水蒸气物质的量增加值，所以氢气的百分含量降低，错误；c、加入催化剂，反应速率加快，但对平衡无影响，氢气的百分含量不变，错误；d、降低压强，反应速率减慢，平衡正向移动，氢气的百分含量增加，错误，答案选a；1 mol CO和H2的混合气体中CO的物质的量是0.2mol，则氢气的物质的量是0.8mol，设CO转化的物质的量是xmol，则生成xmol的二氧化碳和氢气，则0.2-x+x+0.8+x=1.18，解得x=0.18，所以CO的转化率是0.18mol/0.2mol×100%=90%；

（3）根据图可知，当氢气与氮气的投料比是3时，氨气的平衡体积分数是42%，设开始时氮气的物质的量是1mol，则氢气的物质的量是3mol，平衡时氮气的物质的量减少xmol，生成氨气是2xmol，则2x/(1-x+3-3x+2x) ×100%=42%，解得x=0.59，则平衡时氮气的体积分数是（1-x）/(1-x+3-3x+2x) ×100%=14.5%；

（4）合成氨是放热反应，所以可以预热氮气、氢气，所以合成氨放出的能量得到充分利用的主要步骤是热交换步骤IV；提高合成氨原料总转化率就是使平衡一直正向移动，则可以对原料气加压，平衡正向移动；分离液氨后，平衡正向移动；未反应的N2、H2循环使用，可以增大原料的转化率。

考点：考查化学平衡的计算，化学方程式的书写