Question

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＝－92.4 kJ·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：

ⅰCH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g) ΔH＝＋206.4 kJ·mol－1

ⅱCO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g) ΔH＝－41.2 kJ·mol－1

①对于反应ⅰ，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

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

(3)图(a)表示500 ℃、60.0 MPa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。

Answer 1

（1）2NH4HS＋O2=2NH3·H2O＋2S↓

（2）a 90%

（3）14.5%

（4）

【解析】试题分析：(1)由题意可知为空气中的O2将－2价硫氧化为单质硫，同时“吸收液再生”说明生成NH3·H2O，所以其化学方程式为2NH4HS＋O2=2NH3·H2O＋2S↓。(2)①、反应i为气体物质的量增大的吸热反应，升高温度反应速率增大，且平衡正向移动，H2的百分含量增大，a对。增大水蒸气浓度虽可使反应速率增大以及平衡右移，但产物H2的百分含量却减小，b错；催化剂不能改变反应限度，即不能改变H2的百分含量，c错；降低压强使平衡右移，但反应速率减小，d错；②、CO与H2的混合气体与水蒸气的反应中，反应体系中的气体的物质的量不变，而1 molCO与H2的混合气体参加反应生成1.18 mol CO、CO2和H2，说明有水蒸气0.18 mol参加了反应，则根据方程式ii可知参加反应的CO也为0.18 mol，其转化率为×100%＝90%。(3)由图a知当N2与H2物质的量比为1∶3时，NH3的平衡体积分数最大为42%。设平衡时转化的N2的物质的量为x mol，则：

N2＋3H22NH3

起始(mol): 1 3 0

转化(mol): x 3x 2x

平衡(mol): 1－x 3－ 3x 2x

×100%＝42%，则x＝0.59

则平衡时N2的体积分数为×100%＝14.5%。

(4)作图时要注意开始时NH3物质的量不断增多，是因为反应正向进行，达到一定程度后反应达到平衡而此时温度继续升高，平衡逆向移动，NH3的物质的量减小。

考点： 了解N、S单质及其重要化合物及应用，了解化学平衡的原理，认识并能用相关理论解释其一般规律。 了解化学反应速率和化学平衡的调控在生活、生产和科学研究领域中的重要作用。