Question

（14分）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=—92.4kJ?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中制氯气原理如下：

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

利用反应②，将CO进一步转化，可提高H2产量。若1mol CO和H2的混合气体（CO的体积分数为20%）与H2O反应，得到1.18mol CO、CO2和H2的混合气体，则CO转化率为 。

（3）下左图表示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： 。

（4）依据温度对合成氨反应的影响，在下右图坐标系中，画出一定条件下的密闭容器内，从通入原料气开始，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，使合成氨放出的热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 1

（1）2NH4HS +O2 = 2NH3?H2O+2S↓

（2）a 90%

（3）14.5%

（4）

（5）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）O2把NH4HS 氧化为S，可得化学方程式：2NH4HS +O2 = 2NH3?H2O+2S↓

（2）a、反应①为吸热反应，反应速率加快，平衡向右移动，H2的百分含量增大，正确；b、增大水蒸气浓度，H2的百分含量减小，错误；c、加入催化剂，H2的百分含量不变，错误；d、降低压强，反应速率减小，错误；设CO的转化量为x

CO + H2O CO2 + H2

转化量（mol） 0.2 0 0.8

转化量（mol） x x x

转化量（mol） 0.2-x x 0.8+x

1mol+ x =1.18mol，则x=0.18mol，可得CO转化率=0.18mol÷0.2mol×100%=90%

（3）根据图1可知H2与N2的投料比为3，平衡时NH3体积分数为42%，设H2物质的量为3amol，N2物质的量为amol，N2转化的物质的量为x则

N2 + 3H2 2NH3

转化量（mol） a 3a 0

转化量（mol） x 3x 2x

转化量（mol） a-x 3a-3x 2x

2x÷（4a-2x）×100% = 42%，解得x = 0.592a，则N2的平衡体积分数=（a—0.592a）÷（4a—2×0.592a）×100% = 14.5%

（4）随着反应的进行，NH3的物质的量逐渐增大，当反应平衡后，升高温度，平衡向左移动，NH3的物质的量逐渐减小，可画出图像。

（5）步骤IV为热交换，使合成氨放出的热量得到充分利用；对原料气加压，使平衡向正反应方向移动，分离液氨，减少生成物浓度，未反应的N2、H2循环使用等措施可提高提高合成氨原料总转化率。

考点：本题考查化学反应速率和化学平衡的移动、化学计算、化学图像、化学流程的分析。