Question

（13分）1902年德国化学家哈博研究出合成氨的方法，其反应原理为：

N₂(g)+3H₂(g)2NH₃(g); △H（△H＜0）

一种工业合成氨的简易流程图如下：

完成下列填空：

（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。NH₄HS的电子式是___________，写出再生反应的化学方程式：__________________。NH₃的沸点高于H₂S，是因为NH₃分子之间存在着一种比_________力更强的作用力。

（2）室温下，0.1 mol/L的氯化铵溶液和0.1 mol/L的硫酸氢铵溶液，酸性更强的是_______，其原因是___________________________________________________________。

已知：H₂SO₄：H₂SO₄ = H⁺+HSO₄^－; 

HSO₄^－H⁺+SO₄^2－ :

K =1.2×10^－2    NH₃·H₂O：K=1.8×10^－5

（3）图甲表示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：______（保留3位有效数字）。

（4）依据温度对合成氨反应的影响，在图乙坐标系中，画出一定条件下的密闭容器内，从常温下通入原料气开始，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(只答一种即可)：_________________。

Answer

（13分）（1）（2分）2NH4HS+O2 ＝2S↓+2NH3·H2O（2分）

分子间作用力或 范德华(1分）

（2）NH4HSO4 HSO4—有较大程度的电离，使溶液呈较强酸性。而NH4Cl只是NH4+水解呈弱酸性。（各1分）

（3）0.143 ～ 0.145（2分）（答案在此区间都可以）

（4）（2分）

（5）Ⅳ 对原料气加压（或分离液氨后，未反应的N2、H2循环利用）（各1分）

【解析】

试题分析：（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，反应过程中生成一水合氨，依据原子守恒和电子守恒配平书写化学方程式为：2NH4HS+O2===2NH3·H2O+2S↓；NH3的沸点高于H2S，是因为NH3分子之间存在着氢键，分子间作用力更强。

（2）氯化铵溶液显酸性是NH4+的水解，而硫酸氢铵溶液显酸性主要是电离出H+，故浓度相等时硫酸氢铵溶液的本性强。

（3）依据反应特征N2+3H2=2NH3 此反应前后气体体积减小且减少的体积与生成氨气的体积相等，在相同条件下，气体体积比等于气体物质的量之比，图象分析可知平衡状态氨气体积含量42%，设平衡混合气体体积为100，氨气为体积42，则反应前气体体积100+42=142，氮气和氢气按照1：3混合，氮气体积=142×3/4=35.5，依据化学方程式计算反应的氮气体积为21，平衡状态氮气为35.5-21=14.5，则氮气体积分数为14.5%；

（4）合成氨的反应是放热反应，开始反应，氨气物质的量增大，达到平衡状态，继续升温，平衡逆向进行，氨气物质的量减小，画出的图象为：

；

（5）分析流程合成氨放热通过Ⅳ热交换器加热反应混合气体，使反应达到所需温度，提高合成氨原料总转化率，依据平衡移动原理分析，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；

考点：无机工业流程 涉及工业合成氨、平衡原理的应用及相关数据处理等。