Question

5．重庆有丰富的天然气资源．以天然气为原料合成氨的主要步骤如图1所示（图中某些转化步骤及生成物未列出），请填写下列空白：

（1）已知2mol甲烷与水蒸气在t℃、p kPa时，完全反应生成一氧化碳和氢气（合成气），吸收了akJ热量，该反应的热化学方程式是CH₄（g）+H₂O （g）═CO（g）+3H₂（g）△H=+$\frac{a}{2}$ kJ/mol．
（2）如图1中X为N₂，Y为H₂（填化学式）；常用K₂CO₃溶液吸收分离出的CO₂，其离子方程式为CO₃^-+CO₂+H₂O=2HCO₃^-
（3）在合成氨工业中，常采取的措施之一是：将生成的氨从混合气体中及时分离出来．请运用化学平衡的观点说明采取该措施的理由：减小生成物浓度，促进平衡正向移动．
（4）联合制碱法中，合成氨产生的NH₃与CO₂通入饱和食盐水最终可制得纯碱，如图2所示
①应先向食盐水通足量NH₃气体（写化学式，后同）；副产品Z为NH₄Cl，可用作氮肥；W为CO₂．
②若生产 Na₂CO₃ 5.3吨，理论上至少可制得副产品Z5.35吨．

Answer 1

分析 水蒸气和甲烷生成一氧化碳和氢气，一氧化碳和氢气气体通过水蒸气转化为二氧化碳和氢气，利用空气制备氮气，氢气和氮气合成氨，分离出氨气促进平衡正向进行，提高氨气的产率，循环使用氮气和氢气的混合气体，提高原料利用率；
在联合制碱法中，合成氨产生的NH₃与CO₂通入饱和食盐水，发生反应NH₃+CO₂+NaCl+H₂O=NH₄Cl+NaHCO₃，过滤得到碳酸氢钠晶体，滤液为副产品氯化铵溶液，碳酸氢钠分解最终可制得纯碱，氯化铵可以提纯后制的氮肥，
（1）2mol甲烷和0.5mol水蒸气完全反应生成一氧化碳和氢气（合成气），吸收了a kJ热量，则反应物各1mol完全反应吸收$\frac{a}{2}$KJ热量，结合热化学方程式书写方法写出热化学方程式；
（2）依据分析可知，合成氨是氮气和氢气在催化剂作用下高温高压反应生成氨气，用K₂CO₃溶液吸收分离出的CO₂生成碳酸氢钠；
（3）将生成的氨从混合气体中及时分离出来，促进平衡正向进行，增大氨气的产量；
（4）①二氧化碳在水溶液中溶解度小，先通氨气，使溶液呈碱性，有利于二氧化碳的溶解，反应的副产品氯化铵可作农业生产的化肥；
②反应的化学方程式为：NH₃+CO₂+NaCl+H₂O=NH₄Cl+NaHCO₃↓，2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O，依据定量关系计算副产品氯化铵的质量．

解答 解：（1）2mol甲烷和0.5mol水蒸气完全反应生成一氧化碳和氢气（合成气），吸收了a kJ热量，则反应物各1mol完全反应吸收$\frac{a}{2}$KJ热量，结合热化学方程式书写方法写出热化学方程式：CH₄（g）+H₂O （g）═CO（g）+3H₂（g）△H=+1/2a  kJ/mol，
故答案为：CH₄（g）+H₂O （g）═CO（g）+3H₂（g）△H=+$\frac{a}{2}$ kJ/mol；  
（2）依据分析可知，合成氨是氮气和氢气在催化剂作用下高温高压反应生成氨气，图1中X为N₂，Y为H₂，用K₂CO₃溶液吸收分离出的CO₂生成碳酸氢钠，反应的离子方程式为：CO₃^-+CO₂+H₂O=2HCO₃^-，
故答案为：N₂；H₂； CO₃^-+CO₂+H₂O=2HCO₃^-；
（3）将生成的氨从混合气体中及时分离出来，减少生成物的浓度促进平衡正向进行，增大氨气的产量，
故答案为：减小生成物浓度，促进平衡正向移动； 
（4）①二氧化碳在水溶液中溶解度小，先通氨气使溶液呈碱性，有利于二氧化碳的溶解，反应的化学方程式为：NH₃+CO₂+NaCl+H₂O=NH₄Cl+NaHCO₃，联合制碱法中，合成氨产生的NH₃与CO₂通入饱和食盐水最终可制得纯碱，副产品氯化铵可作农业生产的化肥，W为碳酸氢钠分解生成的二氧化碳气体，通入饱和食盐水循环使用，
故答案为：NH₃，NH₄Cl，氮肥，CO₂；
②NH₃+CO₂+NaCl+H₂O=NH₄Cl+NaHCO₃↓，2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O，
得到    2NH₄Cl～Na₂CO₃
    2×53.5      106
      m            5.3t
m=5.35t
故答案为：5.35．

点评 本题考查了学生对工艺流程的理解，热化学方程式，物质的分离等，难度中等，关键是掌握整个制备流程原理，要求学生要有扎实的基础知识和灵活应用知识解决问题的能力．