Question

【題目】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)　ΔH＝－92.4 kJ·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②，將CO進一步轉化，可提高H2產量。若1 mol CO和H2的混合氣體(CO的體積分數為20%)與H2O反應，得到1.18 mol CO、CO2和H2的混合氣體，則CO轉化率為__________________。

(3)如圖表示500 ℃、60.0 MPa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：________________。

Answer 1

【答案】2NH4HS＋O22NH3·H2O＋2S↓ a 90% 14.5%

【解析】

（1）根據氧化還原反應的規律，進行方程式的配平，NH4HS中-2價的S元素被氧氣氧化成S單質，NH4+最終以NH3·H2O形式存在；

（2）根據反應CH4(g)＋H2O(g) CO(g)＋3H2(g)　ΔH＝＋206.4 kJ·mol－1可知，該反應正反應為吸熱反應，若提高平衡體系中H2百分含量，需使平衡向正反應方向移動，又能加快反應速率，不能降低壓強或減少反應物的濃度，綜合影響化學反應速率與化學平衡的各因素分析作答；設CO的轉化量為x，列出反應的“三段式”得出其轉化率；

（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3a mol，N2物質的量為a mol，N2轉化的物質的量為x，列出反應的“三段式”得出N2的平衡物質的量分數，因相同條件下，氣體的體積之比等于氣體的物質的量之比，得出結論。

（1）通入空氣后，O2把NH4HS 氧化為S，可得化學方程式：2NH4HS＋O22NH3·H2O＋2S↓，

故答案為：2NH4HS＋O22NH3·H2O＋2S↓；

（2）a. 反應①為吸熱反應，升高溫度，化學反應速率加快，同時平衡向右移動，使H2的百分含量增大，符合題意，故a正確；

b. 增大水蒸氣濃度，平衡雖向右移動，但H2的百分含量會減小，故b錯誤；

c. 加入催化劑，能加快反應速率，但平衡不移動，則H2的百分含量不變，故c錯誤；

d. 降低壓強，平衡雖向右移動，但反應速率減小，故d錯誤；

CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)

初始量（mol） 0.2 0 0.8

轉化量（mol） x x x

剩余量（mol） 0.2-x x 0.8+x

（0.2-x）+x+（0.8+x）=1.18 mol，則x = 0.18 mol，可得CO轉化率 = ×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3a mol，N2物質的量為a mol，N2轉化的物質的量為x，則

N2 + 3H2 2NH3

初始量（mol） a 3a 0

轉化量（mol） x 3x 2x

剩余量（mol）a-x 3a-3x 2x

則÷×100% = 42%，解得x = 0.592 a，則N2的平衡體積分數 =×100% = 14.5%。