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。

 
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。