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【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) H=-92.4kJmol-1

一种工业合成氨的简易流程图如图:

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:

CH4(g)+H2O(g)=CO2(g)+3H2(g) H=+206.4kJmol-1

CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g) H=-41.2kJmol-1

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1molCOH2的混合气体(CO的体积分数为20%)H2O反应,得到1.18molCOCO2H2的混合气体,则CO转化率为___

3)图2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3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:___

【答案】2NH4HS+O2=2NH3·H2O+2S↓ a 90% 14.5% 分离液氨,未反应的氮气和氢气循环使用

【解析】

发生氧化还原反应;

2)根据影响反应速率的因素、影响平衡移动的因素分析能提高平衡体系中H2百分含量,又能加快反应速率的方法;利用三段式计算CO转化率;

3)利用三段式计算aN2的平衡体积分数;

4)随着反应的进行,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,的物质的量逐渐减小;

分析流程合成氨放热,通过热交换器加热反应混合气体;把平衡混合气体中氮气和氢气重新循环使用;

氧化为S,化学方程式是

、反应为吸热反应,升高温度,反应速率加快,平衡向右移动,的百分含量增大,故a正确;

b、增大水蒸气浓度,的百分含量减小,故b错误;

c、加入催化剂,平衡不移动,的百分含量不变,故c错误;

d、降低压强,反应速率减小,故d错误;

CO的转化量为x

转化量 0

转化量 x x x

平衡量 x

,则,可得CO转化率

根据图1可知a的投料比为3,平衡时体积分数为,设物质的量为3amol物质的量为amol转化的物质的量为x,则

转化量 a 3a 0

转化量 x 3x 2x

平衡量 2x

,解得,则的平衡体积分数

随着反应的进行,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,的物质的量逐渐减小,可画出图象为:

分析流程合成氨放热,通过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。

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