Question

（14分）合成氨是人類(lèi)科學(xué)技術(shù)上的一項(xiàng)重大突破，其反應(yīng)原理為：
N₂（g）+3H₂（g）2NH₃（g） ?H=—92.4kJ?mol?¹
一種工業(yè)合成氨的簡(jiǎn)易流程圖如下：

（1）天然氣中的H₂S雜質(zhì)常用常用氨水吸收，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(xiě)出再生反應(yīng)的化學(xué)方程式：                                 。
（2）步驟II中制氯氣原理如下：

對(duì)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(qiáng)
利用反應(yīng)②，將CO進(jìn)一步轉(zhuǎn)化，可提高H₂產(chǎn)量。若1mol CO和H₂的混合氣體（CO的體積分?jǐn)?shù)為20%）與H₂O反應(yīng)，得到1.18mol CO、CO₂和H₂的混合氣體，則CO轉(zhuǎn)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(shí)NH₃體積分?jǐn)?shù)的關(guān)系。根據(jù)圖中a點(diǎn)數(shù)據(jù)計(jì)算N₂的平衡體積分?jǐn)?shù)：           。
（4）依據(jù)溫度對(duì)合成氨反應(yīng)的影響，在下右圖坐標(biāo)系中，畫(huà)出一定條件下的密閉容器內(nèi)，從通入原料氣開(kāi)始，隨溫度不斷升高，NH₃物質(zhì)的量變化的曲線(xiàn)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(hào)）            ，簡(jiǎn)述本流程中提高合成氨原料總轉(zhuǎn)化率的方法：                                                  。

Answer 1

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

 
試題分析：（1）O₂把NH₄HS 氧化為S，可得化學(xué)方程式：2NH₄HS +O₂ = 2NH₃?H₂O+2S↓
（2）a、反應(yīng)①為吸熱反應(yīng)，反應(yīng)速率加快，平衡向右移動(dòng)，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(cuò)誤；c、加入催化劑，H₂的百分含量不變，錯(cuò)誤；d、降低壓強(qiáng)，反應(yīng)速率減小，錯(cuò)誤；設(shè)CO的轉(zhuǎn)化量為x
CO + H₂O  CO₂ + H₂
轉(zhuǎn)化量（mol）   0.2            0   0.8
轉(zhuǎn)化量（mol）   x              x    x
轉(zhuǎn)化量（mol）  0.2-x           x  0.8+x
1mol+ x =1.18mol，則x=0.18mol，可得CO轉(zhuǎn)化率=0.18mol÷0.2mol×100%=90%
（3）根據(jù)圖1可知H₂與N₂的投料比為3，平衡時(shí)NH₃體積分?jǐn)?shù)為42%，設(shè)H₂物質(zhì)的量為3amol，N₂物質(zhì)的量為amol，N₂轉(zhuǎn)化的物質(zhì)的量為x則
N₂ + 3H₂   2NH₃
轉(zhuǎn)化量（mol）   a    3a          0
轉(zhuǎn)化量（mol）   x    3x          2x 
轉(zhuǎn)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?jǐn)?shù)=（a—0.592a）÷（4a—2×0.592a）×100% = 14.5%
（4）隨著反應(yīng)的進(jìn)行，NH₃的物質(zhì)的量逐漸增大，當(dāng)反應(yīng)平衡后，升高溫度，平衡向左移動(dòng)，NH₃的物質(zhì)的量逐漸減小，可畫(huà)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(duì)原料氣加壓，使平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，分離液氨，減少生成物濃度，未反應(yīng)的N₂、H₂循環(huán)使用等措施可提高提高合成氨原料總轉(zhuǎn)化率。