题目内容

四川有丰富的天然气资源．某化工厂以天然气为原料合成氨的工艺流程示意图如下：
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依据上述流程，完成下列填空：
（1）整个流程有三个循环：一是K2CO3（aq）循环，二是N2和H2循环，第三个循环中被循环的物质是
 

（2）脱硫过程中，若有nmol Fe2O3?H2O转化，则生成S的物质的量为
 
mol（用含n的代数式表示）．
（3）图中CH4的第二次转化过程中发生反应的化学方程式为
 
．
（4）在合成氨的实际生产过程中，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，并将分离出氨后的氮气和氢气循环利用，同时补充氮气和氢气．请运用化学反应速率和化学平衡的观点说明采取这些措施的理由：
 

（5）改用过量NaOH溶液吸收天然气中的硫化氢，以石墨作电极电解吸收后所得溶液可回收硫，其电解总反应方程式（忽略氧气的氧化还原）为
 

（6）若工业生产中以a g氨气和足量的空气为原料（不考虑空气中N2的反应）最大限度的制取NH4NO3，经过一系列转化后，再向反应后的混合物中加入bg水，得到密度为d g/mL的NH4NO3溶液，理论上该溶液中溶质的物质的量浓度可能的最大值为
 
mol/L．
分析：（1）根据生产流程图中所涉及的物质的来源和去向回答；
（2）根据H2S能与Fe2O3?H2O反应：3H2S+Fe2O3?H2O=2FeS+S+4H2O来计算；
（3）根据工艺流程示意图可知CH4的第一次转化过程中生成了CO和H2；
（4）将氨分离出来，可减少生成物浓度，化学平衡正向移动；补充氮气和氢气，增大生成物浓度，利于增大反应速率；
（5）根据NaOH溶液吸收天然气中的硫化氢生成Na2S，电解时阳极硫离子放电生成单质硫，阴极氢离子放电生成氢气；
（6）依据题意，最大程度的生成硝酸铵，结合方程式求出氨气催化氧化的物质的量，计算出生成硝酸铵的物质的量浓度．
解答：解：（1）由工艺流程示意图可知第三个循环中被循环物质是Fe2O3?H2O循环，故答案为：Fe2O3?H2O；
（2）由H2S能与Fe2O3?H2O反应：3H2S+Fe2O3?H2O=2FeS+S+4H2O可知，有nmolFe2O3?H2O转化，生成S的物质的量为nmol，故答案为：n；
（3）CH4的第一次转化过程中生成了CO和H2，方程式为CH4+H2O?CO+3H2，故答案为：CH4+H2O?CO+3H2；
（4）在合成氨的实际生产过程中，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，并将分离出氨后的氮气和氢气循环利用，同时补充氮气和氢气，增大氢气和氮气的浓度有利于增大反应速率；增大氢气和氮气浓度，减少氨气浓度有利于平衡正向进行，
故答案为：增大氮气和氢气的浓度有利于增大反应速率；减小氨气的浓度，增大氮气和氢气的浓度均有利于平衡向正反应方向移动；
（5）NaOH溶液吸收天然气中的硫化氢生成Na2S，电解时阳极硫离子放电生成单质硫，阴极氢离子放电生成氢气，电解总反应方程式为：Na2S+2H2O
 通电 
.
 
2NaOH+S+H2↑，
故答案为：Na2S+2H2O
 通电 
.
 
2NaOH+S+H2↑；
（6）设
a
17
 mol NH3中有x mol用于生产硝酸，其余（
a
17
-x） mol NH3跟生成的硝酸恰好完全反应生成NH4NO3．
由4NH3+5O2═4NO+6H2O，4NO+3O2+2H2O═4HNO3则
 NH3～NO～HNO3                       NH3 +HNO3 ═NH4NO3
x mol    x mol   x mol                          （
a
17
-x）mol       x mol    
依题意，最大程度制取NH4NO3，则应该满足（
a
17
-x）=x，
解得 x=
a
34
，
所以，硝酸的物质的量浓度是：c（NH4NO3）═
n
V
=
n(硝酸铵)
m(硝酸铵)+m(水)
ρ
×10-3
=
a
34
a
34
×80+b
d
×10-3
=
500ad
40a+17b
mol/Lmol?L-1，
故答案为：
500ad
40a+17b
．
点评：本题是一道化学和工业生成相结合的题目，涉及到氧化还原反应、方程式的书写、化学平衡移动、电解原理，根据方程式的计算等，考查学生分析和解决问题的能力，难度中等．
练习册系列答案
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29.

    四川有丰富的天然气资源。以天然气为原料合成尿素的主要步骤如下图所示（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0.5 mol甲烷与0.5 mol水蒸汽在t ℃、p kPa时，完全反应生成一氧化碳和氢气（合成气），吸收了a kJ热量，该反应的热化学方程式是：                。

（2）在合成氨的实际生产过程中，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，并将分离出氨后的氮气和氢气循环利用，同时补充氮气和氢气，请运用化学反应速率和化学平衡的观点说明采取该措施的理由：                。

（3）当甲烷合成氨气的转化率为75%时，以5.60×107 L甲烷为原料能够合成：      L氨气。（假设体积均在标准状况下测定）

（4）已知尿素的结构简式为请写出两种含有碳氧双键的尿素的同分异构体的结构简式：

     ①                       ；②                       。

四川有丰富的天然气资源。以天然气为原料合成尿素的主要步骤如下图所示（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0.5 mol甲烷和0.5 mol水蒸气在t ℃，p k Pa时，完全反应生成一氧化碳和氢气（合成气），吸收了a kJ热量。该反应的热化学方程式是：       _____________    

（2）在合成氨的实际生产过程中，常采取的措施之一是：将生成的氨从混合气体中即使分离出来，并将分离出氨后的氮气和氢气循环利用，同时补充氮气和氢气。请应用化学反应速率和化学平衡的观点说明采取该措施的理由：            _____________________ 

（3）当甲烷合成氨气的转化率为75％时，以5.60×107 L甲烷为原料能够合成                       L 氨气。（假设体积均在标准状况下测定）

（4）已知尿素的结构简式为，请写出两种含有碳氧双键的尿素的同分异构体的结构简式：①                      ，②                        。

 
四川有丰富的天然气资源。以天然气为原料合成尿素的主要步骤如下图所示（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0.5 mol甲烷和0.5 mol水蒸气在t ℃，p k Pa时，完全反应生成一氧化碳和氢气（合成气），吸收了a kJ热量。该反应的热化学方程式是：____________。
（2）在合成氨的实际生产过程中，常采取的措施之一是：将生成的氨从混合气体中即时分离出来，并将分离出氨后的氮气和氢气循环利用，同时补充氮气和氢气。请应用化学反应速率和化学平衡的观点说明采取该措施的理由：_______________。
（3）当甲烷合成氨气的转化率为75％时，以5.60×107 L甲烷为原料能够合成______________L 氨气。（假设体积均在标准状况下测定）
（4）已知尿素的结构简式为：请写出两种含有碳氧双键 的尿素的同分异构体的结构简式：①________________ ，②_____________ 。
四川有丰富的天然气资源。以天然气为原料合成尿素的主要步骤如下图所示（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0．5 mol甲烷和0．5 mol水蒸气在t ℃，p k Pa时，完全反应生成一氧化碳和氢气（合成气），吸收了a kJ热量。该反应的热化学方程式是：______________________________ 。
（2）在合成氨的实际生产过程中，常采取的措施之一是：将生成的氨从混合气体中即使分离出来，并将分离出氨后的氮气和氢气循环利用，同时补充氮气和氢气。请应用化学反应速率和化学平衡的观点说明采取该措施的理由：___________________________________ 。
（3）当甲烷合成氨气的转化率为75％时，以5．60×107 L甲烷为原料能够合成____________ L 氨气。（假设体积均在标准状况下测定）
（4）已知尿素的结构简式为，请写出两种含有碳氧双键的尿素的同分异构体的结构简式：①__________________ ，②_______________________ 。

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