Question

【题目】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＝－92．4kJ·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）△H＝＋206．4kJ·mol－1

②CO（g）＋H2O（g）CO2（g）＋H2（g）△H＝－41．2kJ·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____________。

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1molCO和H2的混合气体（CO的体积分数为20%）与H2O反应，得到1．18molCO、CO2和H2的混合气体，则CO的转化率为__________。

（3）图（a）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，在图（b）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。

（a）（b）

（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：______________________________。

Answer 1

【答案】（1）2NH4HS＋O2=2NH3·H2O＋2S↓（2）a90%

（3）14．5%

（4）如下图

（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）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，说明又生成一水合氨，化学方程式为：2NH4HS+O2=2S↓+2NH3H2O；

（2）对于反应①正反应为气体体积增大吸热反应；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，平衡逆向进行，氢气百分含量减小，故d不符合；若1molCO和H2的混合气体（CO的体积分数为20%）中CO为0．2mol，H2的物质的量为0．8mol，与H2O反应，得到1．18molCO、CO2和H2的混合气体，设转化的一氧化碳的物质的量为x，则：

CO（g）+H2O（g）CO2（g）+H2（g）

起始量（mol）0．200．8

变化量（mol）xxx

平衡量（mol）0．2-xxx+0．8

则0．2-x+x+x+0．8=1．18，解得x=0．18，则CO转化率为0．18mol/0．2mol×100%=90%；

（3）a点氮气的体积分数为42%，氢气与氮气物质的量之比为3：1，二者按3：1反应，平衡时二者体积分数之比为3：1，则平衡时氮气体积分数为（1-42%）×1/4=14．5%；

（4）随反应进行氨气物质的量增大，达到平衡状态，合成氨的反应是放热反应，继续升温，平衡逆向进行，氨气物质的量减小，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为：；

（5）合成氨为放热过程，通过Ⅳ热交换器加热反应混合气体，使反应达到所需温度，使合成氨放出的能量得到充分利用；将氨气液化，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。