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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)+Q(Q>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   更强的作用力.

(2)室温下,0.1mol/L的氯化铵溶液和0.1mol/L的硫酸氢铵溶液,酸性更强的是    .已知:H2SO4:Ki2=1.2×10﹣2NH3•H2O:Ki=1.8×10﹣5

(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:   (答案用小数表示,保留3位有效数字).

(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: 


考点:  工业合成氨;化学平衡的调控作用.

专题:  化学平衡专题.

分析:  (1)NH4HS的电子式是;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;NH3分子间存在氢键,所以NH3的沸点高于H2S;

(2)硫酸氢铵中的硫氢根离子第二步电离程度Ki2=1.2×10﹣2,非常的大,所以硫酸氢铵溶液的酸性强同浓度的氯化铵;

(3)依据反应特征N2+3H2=2NH3,反应前后气体体积减小为生成氨气的体积,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,计算反应的氮气,依据气体体积比计算原混合气体中氮气体积,得到平衡状态下氮气体积分数;

(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,据此画出变化图象;

(5)依据反应是气体体积减小的放热反应,结合平衡移动原理分析判断;

解答:  解:(1)NH4HS的电子式是;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;

;NH3分子间存在氢键,所以NH3的沸点高于H2S,

故答案为:;2NH4HS+O22NH3•H2O+2S;分子间作用;

(2)硫酸氢铵中的硫氢根离子第二步电离程度Ki2=1.2×10﹣2,非常的大,而氯化铵是水解呈酸性,所以硫酸氢铵溶液的酸性强同浓度的氯化铵,

故答案为:硫酸氢铵;硫酸氢铵中的硫氢根离子第二步电离程度Ki2=1.2×10﹣2,非常的大,大于铵根离子水解产生的酸性;

(3)依据反应特征N2+3H2=2NH3 △V

                1  3   2     2

          平衡体积      V    V

即反应前后气体体积减小为生成氨气的体积,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×=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%;

故答案为: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:

,故答案为:

(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;

故答案为:Ⅳ;分离液氨,未反应的氮气和氢气循环使用.

点评:  本题考查了化学平衡影响因素分析,平衡计算应用,注意反应特征的计算应用,图象绘制,掌握基础是关键,题目难度较大.


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