Question

7．某合成氨厂利用附近化工厂副产品CaSO₄设计了以下制备（NH₄）₂SO₄的工艺流程：

请回答以下问题：
（1）天然气中的H₂S杂质常用氨水吸收，产物为NH₄HS．一定条件下向NH₄HS溶液中通入空气，
得到单质硫并使吸收液再生，写出再生反应的化学方程式：2NH₄HS+O₂$\frac{\underline{\;一定条件\;}}{\;}$2NH₃•H₂O+2S↓．
（2）工业上在500℃左右使用铁触媒作为催化剂合成NH_3：
①铁触媒中含有Fe³⁺，则Fe在元素周期表中的位置为第四周期，第ⅤⅢ族
②500℃时，合成塔中的反应为：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃g）△H=-92.4kJ/mol在密闭条下，下列示意图能说明反应进行到t₁时刻时达到平衡状态的是c、d（填字母编号）．

（3）沉淀池中反应的化学方程式为CaSO₄+CO₂+2NH₃+H₂O=CaCO₃↓+（NH₄）₂SO₄
（4）在上述流程中可以循环使用的X是CO₂（填化学式），从（NH₄）₂SO₄溶液中获得（NH₄）₂SO₄晶体操作的步骤是加热浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥．

Answer 1

分析 （1）H₂S杂质常用氨水吸收，产物为NH₄HS，一定条件下向NH₄HS溶液中通入空气，得到单质硫并使吸收液再生，反应过程中生成一水合氨，依据原子守恒和电子守恒配平书写化学方程式；
（2）①根据Fe为26号元素结合核外电子排布式判断周期表中的位置；
②平衡状态是指外界一定各组份的浓度、物质的量、质量分数、速率不再随时间的改变而改变的动态平衡状态，据此分析；
（3）将NH₃和CO₂通入沉淀池中并加入CaSO₄，生成（NH₄）₂SO₄和CaCO₃；
（4）由工艺流程可知，CaCO₃在煅烧炉中分解生成CO₂和CaO，CO₂循环使用，从溶液中获取晶体应采取蒸发浓缩、冷却结晶、过滤等操作．

解答 解：（1）H₂S杂质常用氨水吸收，产物为NH₄HS，一定条件下向NH₄HS溶液中通入空气，得到单质硫并使吸收液再生，反应过程中生成一水合氨，依据原子守恒和电子守恒配平书写化学方程式为：2NH₄HS+O₂$\frac{\underline{\;一定条件\;}}{\;}$2NH₃•H₂O+2S↓；
故答案为：2NH₄HS+O₂$\frac{\underline{\;一定条件\;}}{\;}$2NH₃•H₂O+2S↓；
（2）①因为Fe为26号元素，核外电子排布式为[Ar]3d⁶4s²，则Fe在元素周期表中的位置为第四周期，第ⅤⅢ族，故答案为：第四周期，第ⅤⅢ族；
②平衡状态是指外界一定各组份的浓度、物质的量、质量分数、速率不再随时间的改变而改变的动态平衡状态，
a、t₁时刻正反应速率最大，不是不变，故a不选；
b、温度不变，平衡常数不变，故b不选；
c、t₁时刻，各物质的量不再随时间的变化而变化，故选c；
d、t₁时刻，氢气的体积分数不再随时间的改而改变，故选d；
故答案为：c、d；
（3）将NH₃和CO₂通入沉淀池中并加入CaSO₄，生成（NH₄）₂SO₄和CaCO₃，发生CaSO₄+CO₂+2NH₃+H₂O=CaCO₃↓+（NH₄）₂SO₄，
故答案为：CaSO₄+CO₂+2NH₃+H₂O=CaCO₃↓+（NH₄）₂SO₄；
（4）由工艺流程可知，CaCO₃在煅烧炉中分解生成CO₂和CaO，CO₂循环使用，从溶液中获取晶体应采取蒸发浓缩、冷却结晶、过滤等操作，所以必须操作步骤是BCD．
故答案为：CO₂；冷却结晶．

点评 本题考查学生对物质的制备实验方案与工艺流程理解、物质分离提纯与检验以及平衡状态的判断等，题目难度中等，（3）中方程式书写是易错点，可以理解为氨气、二氧化碳、水反应生成碳酸铵，碳酸铵与硫酸钙反应生成碳酸钙、硫酸铵．