Question

（14分）合成氨是人類科學技術上的一項重大突破，其反應原理為：
N₂（g）+3H₂（g）2NH₃（g） ?H=—92.4kJ?mol?¹
一種工業合成氨的簡易流程圖如下：

（1）天然氣中的H₂S雜質常用常用氨水吸收，產物為NH₄HS。一定條件下向NH₄HS溶液中通入空氣，得到單質硫并使吸收液再生，寫出再生反應的化學方程式：                                 。
（2）步驟II中制氯氣原理如下：

對于反應①，一定可以提高平衡體系中H₂百分含量，又能加快反應速率的是           。
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②，將CO進一步轉化，可提高H₂產量。若1mol CO和H₂的混合氣體（CO的體積分數為20%）與H₂O反應，得到1.18mol CO、CO₂和H₂的混合氣體，則CO轉化率為            。
（3）下左圖表示500℃、60.0MPa條件下，原料氣投料比與平衡時NH₃體積分數的關系。根據圖中a點數據計算N₂的平衡體積分數：           。
（4）依據溫度對合成氨反應的影響，在下右圖坐標系中，畫出一定條件下的密閉容器內，從通入原料氣開始，隨溫度不斷升高，NH₃物質的量變化的曲線示意圖。

（5）上述流程圖中，使合成氨放出的熱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化率的方法：                                                  。

Answer 1

（1）2NH₄HS +O₂ = 2NH₃?H₂O+2S↓
（2）a         90%
（3）14.5%
（4）
（5）IV； 對原料氣加壓；分離液氨后。未反應的N₂、H₂循環使用。

 
試題分析：（1）O₂把NH₄HS 氧化為S，可得化學方程式：2NH₄HS +O₂ = 2NH₃?H₂O+2S↓
（2）a、反應①為吸熱反應，反應速率加快，平衡向右移動，H₂的百分含量增大，正確；b、增大水蒸氣濃度，H₂的百分含量減小，錯誤；c、加入催化劑，H₂的百分含量不變，錯誤；d、降低壓強，反應速率減小，錯誤；設CO的轉化量為x
CO + H₂O  CO₂ + H₂
轉化量（mol）   0.2            0   0.8
轉化量（mol）   x              x    x
轉化量（mol）  0.2-x           x  0.8+x
1mol+ x =1.18mol，則x=0.18mol，可得CO轉化率=0.18mol÷0.2mol×100%=90%
（3）根據圖1可知H₂與N₂的投料比為3，平衡時NH₃體積分數為42%，設H₂物質的量為3amol，N₂物質的量為amol，N₂轉化的物質的量為x則
N₂ + 3H₂   2NH₃
轉化量（mol）   a    3a          0
轉化量（mol）   x    3x          2x 
轉化量（mol）  a-x  3a-3x        2x
2x÷（4a-2x）×100% = 42%，解得x = 0.592a，則N₂的平衡體積分數=（a—0.592a）÷（4a—2×0.592a）×100% = 14.5%
（4）隨著反應的進行，NH₃的物質的量逐漸增大，當反應平衡后，升高溫度，平衡向左移動，NH₃的物質的量逐漸減小，可畫出圖像。
（5）步驟IV為熱交換，使合成氨放出的熱量得到充分利用；對原料氣加壓，使平衡向正反應方向移動，分離液氨，減少生成物濃度，未反應的N₂、H₂循環使用等措施可提高提高合成氨原料總轉化率。