Question

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(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________(填選項字母)。

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(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，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)的關系。根據(jù)圖中a點數(shù)據(jù)計算N₂的平衡體積分數(shù)為________。

(4)依據(jù)溫度對合成氨反應的影響，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)向NH₄HS溶液中通入空氣，發(fā)生氧化還原反應，有S單質(zhì)生成，故反應為2NH₄HS＋O₂2NH₃·H₂O＋2S↓

(2)反應①是一個吸熱反應，升高溫度平衡正向移動，將會增加H₂的含量，同時提高反應速率；增大水蒸氣的濃度，會提高反應速率，但H₂的含量會降低；加入催化劑，不會引起H₂含量的改變；降低壓強，反應速率減��；故a正確。設CO反應掉n mol。

　　　　   CO(g)＋H₂O(g)CO₂(g)＋H₂(g)

投入量/mol  0.2               0      0.8

變化量/mol  n                n       n

最終量/mol  0.2－n            n    0.8＋n

則：0.2－n＋n＋0.8＋n＝1.18　解得：n＝0.18

CO的轉(zhuǎn)化率為×100%＝90%。

(3)設投入N₂和H₂的物質(zhì)的量分別是1 mol、3 mol，平衡時N₂反應掉m mol。

　　　　   N₂�。�　3H₂2NH₃

起始量/mol  1       3       0

變化量/mol  m      3m     2m

平衡量/mol  1－m   3－3m  2m

根據(jù)題意：＝42%，解得m≈0.59，所以平衡時N₂的體積分數(shù)為×100%≈14.5%。

(4)通入原料氣，反應開始，氨氣的量增加，因為合成氨是一個放熱反應，當達到平衡后溫度升高，氨氣的含量將減小。所以圖象為。

(5)從流程圖看，反應放出的能量得到充分利用是在熱交換器中。提高合成氨原料轉(zhuǎn)化率的方法是：將未反應的原料重新送回反應器中循環(huán)使用、對原料氣加壓。

答案　(1)2NH₄HS＋O₂2NH₃·H₂O＋2S↓

(2)a　90%

(3)14.5%

(4)

(5)Ⅳ　對原料氣加壓；分離液氨后，未反應的N₂、H₂循環(huán)使用