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)   △H ＝ －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：

① CH₄ (g) + H₂O (g) CO (g) + 3H₂ (g)    △H ＝ +206.4 kJ·mol^－1

② CO (g) + H₂O (g) CO₂ (g) + H₂ (g)    △H ＝ －41.2 kJ·mol^－1

写出氢气和二氧化碳气体反应生成甲烷和水蒸气的热化学方程式                。

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

（3）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)          。

（4）用氨气制取尿素[CO(NH₂)₂]的反应为：

2NH₃(g)+CO₂(g)CO(NH₂)₂(l)+H₂O(g) ΔH<0

某温度下，向容积为100L的密闭容器中通入4mol NH₃和2molCO₂，该反应进行到40 s时达到平衡，此时CO₂的转化率为50%。若保持其它条件不变情况下，请在图中用实线画出使用催化剂时该反应(0~70s)的进程曲线。

（5）25℃时，向a mol NH₄NO₃固体中滴加b L氨水后溶液恰好呈中性，所滴加氨水的浓度为          mol·L^－1(25℃时，NH₃·H₂O的电离平衡常数K_b=2×10^－5)

Answer

（1）2NH4HS+O22S↓+2NH3·H2O。(2分)

（2）4H2 (g) + CO2 (g) CH4 (g) +2H2O (g) △H ＝ －165.2 kJ·mol－1 (2分) a

（3）IV

（4）(曲线趋势正确下，起点、转折点各1分)

(说明：①起点在(0，40)②曲线的转折点在横坐标40之前，纵坐标必需在20的线上)

（5）a/200b

【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+O22NH3•H2O+2S↓；

（2）①CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)△H=+206.4kJ•mol-1

②CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)△H=-41.2kJ•mol-1

则①+②得到：反应CH4(g)+2H2O(g)CO2(g)+4H2(g)，所以焓变△H=206.4kJ•mol-1+(-41.2kJ•mol-1)=+165.2；反应①CH4(g)+H2O(g)CO2(g)+3H2(g)△H=+206.4 kJ•mol-1，是气体体积增大的吸热反应，一定可以提高平衡体系中H2百分含量，说明平衡正向进行，又能加快反应速率，说明影响反应速率的条件可以是升温、加压、增大浓度等，分析反应特征可知反应正向进行且反应速率增大的只有升温平衡向吸热反应进行，平衡正向进行反应速率增大；a．反应是吸热反应，升高温度，反应速率增大，平衡正向进行，平衡体系中H2百分含量增大，故a符合；b．增大水蒸气浓度，平衡正向进行，反应速率增大，但平衡体系中H2百分含量不一定增大，故b不符合；c．加入催化剂，改变反应速率不改变化学平衡，反应速率增大，氢气百分含量不变，故c不符合；d．降低压强，反应速率减小，平衡正向进行，氢气百分含量增大，故d不符合；故选a；

（3）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；

（4）若反应延续至70s，保持其它条件不变情况下，使用催化剂时，改变反应速率，不改变化学平衡，曲线的转折点在横坐标40之前，纵坐标必需在20的线上，该反应的进程曲线为如图所示：；

（5）将a mol NH4NO3溶于水，向该溶液滴加b L 氨水后溶液呈中性，依据电荷守恒计算可知，溶液中氢氧根离子浓度为10-7mol/L，c(NH4+)=c(NO3-)；NH3•H2O的电离平衡常数取Kb=2×10-5 mol•L-1，设混合后溶液体积为1L，(NH4+)=c(NO3-)=amol/L，根据一水合氨电离平衡得到：NH3•H2ONH4++OH-，平衡常数K==2×10-5 mol•L-1，

解得：c(NH3•H2O)=mol/L。

考点：考查化学平衡影响因素分、平衡计算应用、注意反应特征的计算应用、图象绘制、盐的水解原理及电离平衡常数的计算。