Question

合成氨是人類科學(xué)技術(shù)上的一項重大突破，其反應(yīng)原理為： 

N2 (g)＋3H2 (g)2NH3 (g)　ΔH＝－92.4 kJ·mol－1

一種工業(yè)合成氨的簡易流程圖如下：

(1)天然氣中的H2S雜質(zhì)常用氨水吸收，產(chǎn)物為NH4HS。一定條件下向NH4HS溶液中通入空氣，得到單質(zhì)硫并使吸收液再生，寫出再生反應(yīng)的化學(xué)方程式： __________________________________________________________。

(2)步驟Ⅱ中制氫氣原理如下：

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

②CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)　ΔH＝－41.2 kJ· mol－1

對于反應(yīng)①，一定可以提高平衡體系中H2百分含量，又能加快反應(yīng)速率的措施是________。

a．升高溫度   b．增大水蒸氣濃度   

c．加入催化劑  d．降低壓強

利用反應(yīng)②，將CO進一步轉(zhuǎn)化，可提高H2產(chǎn)量。若1 mol CO和H2的混合氣體(CO的體積分數(shù)為20%)與H2O反應(yīng)，得到1.18 mol CO、CO2和H2的混合氣體，則CO轉(zhuǎn)化率為________。 

(3)圖1表示500 ℃、60.0 MPa條件下，原料氣投料比與平衡時NH3體積分數(shù)的關(guān)系。根據(jù)圖中a點數(shù)據(jù)計算N2的平衡體積分數(shù)：________。

(4)依據(jù)溫度對合成氨反應(yīng)的影響，在圖2坐標系中，畫出一定條件下的密閉容器內(nèi)，從通入原料氣開始，隨溫度不斷升高，NH3物質(zhì)的量變化的曲線示意圖。

(5)上述流程圖中，使合成氨放出的能量得到充分利用的主要步驟是(填序號)________。簡述本流程中提高合成氨原料總轉(zhuǎn)化率的方法：__________________________________________________________

__________________________________________________________。

Answer 1

解析　(1)依據(jù)題意，NH4HS被空氣中氧氣氧化，將－2價S元素氧化成S，同時生成一水合氨，其反應(yīng)方程式為2NH4HS＋O22NH3·H2O＋2S↓。(2)結(jié)合反應(yīng)特點，正反應(yīng)方向是氣體物質(zhì)的量增大的吸熱反應(yīng)，若要加快反應(yīng)速率又增加H2的百分含量，可升高溫度，a項正確；增加水蒸氣濃度，能加快反應(yīng)速率，使平衡正向移動，但H2增加的量沒有水蒸氣增加的量多，H2的百分含量減少，b項錯誤；加入催化劑平衡不移動，H2的百分含量不變，c項錯誤；降低壓強反應(yīng)速率減慢，d項錯誤。根據(jù)“三段式”法有：

　　　　　 CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)

開始(mol)   0.2      0    0.8

轉(zhuǎn)化(mol)    x         x     x

一定時間(mol) 0.2－x      x    0.8＋x

則0.2－x＋x＋0.8＋x＝1.18，解得x＝0.18，故CO轉(zhuǎn)化率為×100%＝90%。

(3)根據(jù)“三段式”法有

　　　　　N2�。�　3H22NH3

開始(mol)  1      3    0

轉(zhuǎn)化(mol)  x       3x         2x

平衡(mol)  1－x  3－3x  2x

×100%＝42%，解之，x＝，

所以N2的平衡體積分數(shù)×100%＝14.5%。

(4)由于N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH<0，反應(yīng)開始時，溫度大于零，隨著反應(yīng)進行，達到平衡前NH3的物質(zhì)的量增加，達到平衡后，溫度升高，平衡逆向移動，NH3的物質(zhì)的量將減少，圖示見答案。

(5)根據(jù)流程圖可知，使合成氨放出的能量得到充分利用的主要步驟見Ⅳ(熱交換)，用合成氨放出熱量對N2和H2進行預(yù)熱。合成氨的正反應(yīng)是氣體物質(zhì)的量減少的放熱反應(yīng)，為提高合成氨原料總轉(zhuǎn)化率，又不降低反應(yīng)速率，可采取對原料加壓、分離液氨，使化學(xué)平衡正向移動，同時對未反應(yīng)的N2、H2循環(huán)使用，提高原料轉(zhuǎn)化率。

答案　(1)2NH4HS＋O22NH3·H2O＋2S↓

(2)a　90%

(3)14.5%

(4)

(5)Ⅳ　對原料氣加壓，分離液氨未反應(yīng)的N2、H2循環(huán)使用