Question

大約100年前，德國化學(xué)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(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(yīng)的化學(xué)方程式：

 

．
（2）工業(yè)上可用組成為K₂O?M₂O₃?2RO₂?nH₂O的無機(jī)材料純化含某些雜質(zhì)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(zhì)子數(shù)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(zhì)發(fā)生反應(yīng)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(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(qiáng)．
（5）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

 

．
（6）依據(jù)溫度對合成氨反應(yīng)的影響，在如圖2坐標(biāo)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．

Answer 1

考點：工業(yè)合成氨

專題：化學(xué)應(yīng)用

分析：（1）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，反應(yīng)過程中生成一水合氨，依據(jù)原子守恒和電子守恒配平書寫化學(xué)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(zhì)子數(shù)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(zhì)發(fā)生反應(yīng)；
（4）反應(yīng)①是氣體體積增大的吸熱反應(yīng)，一定可以提高平衡體系中H₂百分含量，說明平衡正向進(jìn)行，又能加快反應(yīng)速率，說明影響反應(yīng)速率的條件可以是升溫、加壓、增大濃度等，分析反應(yīng)特征可知反應(yīng)正向進(jìn)行且反應(yīng)速率增大的只有升溫平衡向吸熱反應(yīng)進(jìn)行，平衡正向進(jìn)行反應(yīng)速率增大，依據(jù)平衡移動原理和影響反應(yīng)速率因素分析判斷；
（5）依據(jù)化學(xué)平衡三段式列式計算，轉(zhuǎn)化率=

消耗量

起始量

×100%計算；
（6）合成氨的反應(yīng)是放熱反應(yīng)，開始反應(yīng)，氨氣物質(zhì)的量增大，達(dá)到平衡狀態(tài)，繼續(xù)升溫，平衡逆向進(jìn)行，氨氣物質(zhì)的量減小，據(jù)此畫出變化圖象．

解答： 解：（1）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，反應(yīng)過程中生成一水合氨，依據(jù)原子守恒和電子守恒配平書寫化學(xué)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(zhì)子數(shù)為14，核外有3個電子層，最外層有4個電子，Si的質(zhì)子數(shù)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(zhì)發(fā)生反應(yīng)，如a、c，還能與d中NaOH溶液反應(yīng)生成氫氣，而高溫下與氧化鐵反應(yīng)，與碳酸鈉不反應(yīng)，故答案為：be；
（4）反應(yīng)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(yīng)，一定可以提高平衡體系中H₂百分含量，說明平衡正向進(jìn)行，又能加快反應(yīng)速率，說明影響反應(yīng)速率的條件可以是升溫、加壓、增大濃度等，分析反應(yīng)特征可知反應(yīng)正向進(jìn)行且反應(yīng)速率增大的只有升溫平衡向吸熱反應(yīng)進(jìn)行，平衡正向進(jìn)行反應(yīng)速率增大；
a．反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，升高溫度，反應(yīng)速率增大，平衡正向進(jìn)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(jìn)行，反應(yīng)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(yīng)速率不改變化學(xué)平衡，反應(yīng)速率增大，氫氣百分含量不變，故c不符合；
d．降低壓強(qiáng)，反應(yīng)速率減小，平衡逆向進(jìn)行，氫氣百分含量減小，故d不符合；
故選a；
（5）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%）中 CO為0.2mol，H₂的物質(zhì)的量為0.8mol，與H₂O反應(yīng)，得到1.18mol CO、CO₂和H₂的混合氣體，依據(jù)反應(yīng)前后氣體體積不變，增加的部分應(yīng)該是起始的水蒸氣的物質(zhì)的量為0.18mol，設(shè)轉(zhuǎn)化的一氧化碳的物質(zhì)的量為x，依據(jù)化學(xué)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(zhuǎn)化率為

0.18mol

0.2mol

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

點評：本題考查了化學(xué)平衡影響因素分析，平衡計算應(yīng)用，注意反應(yīng)特征的計算應(yīng)用，圖象繪制，掌握基礎(chǔ)是關(guān)鍵，題目難度較大；