Question

大約100年前，德國化學家哈伯（F．Haber）開始研究由氮氣和氫氣合成氨．一種工業(yè)合成氨的簡易流程圖如圖1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）工業(yè)上可用組成為K₂O?M₂O₃?2RO₂?nH₂O的無機材料純化含某些雜質的原料氫氣．
已知元素M、R均位于元素周期表中第3周期，兩種元素原子的質子數之和為27．R原子核外電子有

 

種不同運動狀態(tài)，最外層的p電子有

 

種自旋方向．
（3）常溫下，不能與M單質發(fā)生反應的是

 

（填序號）
a．CuSO₄溶液 b．Fe₂O₃c．濃硫酸 d．NaOH溶液 e．Na₂CO₃固體
步驟Ⅱ中制氫氣原理如下：
①CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）-206.4kJ
②CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）+41.2kJ．
（4）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．
（5）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

 

．
（6）依據溫度對合成氨反應的影響，在如圖2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．

Answer 1

考點：工業(yè)合成氨

專題：化學應用

分析：（1）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，反應過程中生成一水合氨，依據原子守恒和電子守恒配平書寫化學方程式；
（2）M為+3價，R為+4價，均為第三周期元素，則M為Al，R為Si，Si的質子數為14，不同電子運動狀態(tài)不同，最外層電子排布圖為：3s²3p²，所以3p軌道電子自旋方向相同；
（3）M為Al具有還原性，能與具有氧化性的物質發(fā)生反應；
（4）反應①是氣體體積增大的吸熱反應，一定可以提高平衡體系中H₂百分含量，說明平衡正向進行，又能加快反應速率，說明影響反應速率的條件可以是升溫、加壓、增大濃度等，分析反應特征可知反應正向進行且反應速率增大的只有升溫平衡向吸熱反應進行，平衡正向進行反應速率增大，依據平衡移動原理和影響反應速率因素分析判斷；
（5）依據化學平衡三段式列式計算，轉化率=

消耗量

起始量

×100%計算；
（6）合成氨的反應是放熱反應，開始反應，氨氣物質的量增大，達到平衡狀態(tài)，繼續(xù)升溫，平衡逆向進行，氨氣物質的量減小，據此畫出變化圖象．

解答： 解：（1）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，反應過程中生成一水合氨，依據原子守恒和電子守恒配平書寫化學方程式為：2NH₄HS+O₂

一定條件  .

2NH₃?H₂O+2S；
故答案為：2NH₄HS+O₂

一定條件  .

2NH₃?H₂O+2S↓；
（2）①M為+3價，R為+4價，均為第三周期元素，
則M為Al，R為Si，Si的質子數為14，核外有3個電子層，最外層有4個電子，Si的質子數為14，不同電子運動狀態(tài)不同，最外層電子排布圖為：3s²3p²，所以3p軌道電子自旋方向相同，故答案為：14；一；
（3）M為Al具有還原性，能與具有氧化性的物質發(fā)生反應，如a、c，還能與d中NaOH溶液反應生成氫氣，而高溫下與氧化鐵反應，與碳酸鈉不反應，故答案為：be；
（4）反應①CH₄（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+3H₂（g）△H=+206.4 kJ?mol^-1，是氣體體積增大的吸熱反應，一定可以提高平衡體系中H₂百分含量，說明平衡正向進行，又能加快反應速率，說明影響反應速率的條件可以是升溫、加壓、增大濃度等，分析反應特征可知反應正向進行且反應速率增大的只有升溫平衡向吸熱反應進行，平衡正向進行反應速率增大；
a．反應是吸熱反應，升高溫度，反應速率增大，平衡正向進行，平衡體系中H₂百分含量增大，故a符合；
b．增大水蒸氣濃度，平衡正向進行，反應速率增大，但平衡體系中H₂百分含量不一定增大，故b不符合；
c．加入催化劑，改變反應速率不改變化學平衡，反應速率增大，氫氣百分含量不變，故c不符合；
d．降低壓強，反應速率減小，平衡逆向進行，氫氣百分含量減小，故d不符合；
故選a；
（5）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%）中 CO為0.2mol，H₂的物質的量為0.8mol，與H₂O反應，得到1.18mol CO、CO₂和H₂的混合氣體，依據反應前后氣體體積不變，增加的部分應該是起始的水蒸氣的物質的量為0.18mol，設轉化的一氧化碳的物質的量為x，依據化學平衡三段式列式計算
            CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-41.2 kJ?mol^-1
起始量（mol） 0.2  0.18+x      0      0.8
變化量（mol） x       x        x      x
平衡量（mol）0.2-x   0.18      x      x+0.8
則0.2-x+x+x+0.8=1.18
x=0.18
則CO轉化率為

0.18mol

0.2mol

×100%=90%，故答案為：90%；
（6）合成氨的反應是放熱反應，開始反應，氨氣物質的量增大，達到平衡狀態(tài)，繼續(xù)升溫，平衡逆向進行，氨氣物質的量減小，畫出的圖象為：
；
故答案為：．

點評：本題考查了化學平衡影響因素分析，平衡計算應用，注意反應特征的計算應用，圖象繪制，掌握基礎是關鍵，題目難度較大；