Question

8．利用天然气合成氨的工艺流程示意如下：

依据上述流程，完成下列填空：
（1）天然气脱硫时的化学方程式是3H₂S+2Fe（OH）₃=Fe₂S₃+6H₂O
（2）若n mol CH₄经一次转化后产生CO 0.9n mol、产生H₂2.7nmol（用含n的代数式表示）
（3）K₂CO₃（aq）和 CO₂反应在加压下进行，加压的理论依据是b（多选扣分）
（a）相似相溶原理    （b）勒沙特列原理    （c）酸碱中和原理
（4）分析流程示意图回答，该合成氨工艺的主要原料是CH₄、H₂O（g）和空气，辅助原料是K₂CO₃和Fe（OH）₃．
（5）请写出以CH₄为基本原料四次转化为合成氨工艺主要原料N₂、H₂的化学方程式：
CH₄+H₂O（g）$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$CO+3H₂、2CH₄+3O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$2CO+4H₂O、CO+H₂O（g）$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$CO₂+H₂、CO₂+H₂O+K₂CO₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2KHCO₃；．
（6）整个流程有三处循环，一是Fe（OH）₃循环，二是K₂CO₃（aq）循环，请在上述流程图中找出第三处循环并写在答题卡上（要求：循环方向、循环物质）．

Answer 1

分析 （1）硫化氢是酸性气体，可以和碱发生中和反应生成盐和水；
（2）计算出甲烷的物质的量，根据方程式计算氢气的物质的量；
（3）根据化学平衡移动原理来回答；
（4）利用氢气合成氨的工艺流程知道：起始原料是CH₄、H₂O、空气，而辅助原料是K₂CO₃、Fe（OH）₃；
（5）根据流程图书写，具体解答；
（6）根据合成氨的原理可以推知循环使用的是氮气和氢气．

解答 解：（1）硫化氢是酸性气体，可以和碱氢氧化铁发生中和反应：3H₂S+2Fe（OH）₃═Fe₂S₃+6H₂O，
故答案为：3H₂S+2Fe（OH）₃═Fe₂S₃+6H₂O；
（2）根据天然气合成氨的工艺流程图知10%的甲烷未与水蒸汽作用，甲烷与水反应的方程式为：
  CH₄（g）+H₂O（g）→CO（g）+3H₂（g）
  1                          3
0.9n mol                   2.7nmol  
故答案为：2.7n；
（3）K₂CO₃（aq）和CO₂反应生成碳酸氢钾，K₂CO₃+CO₂+H₂O?2KHCO₃，增大压强，化学平衡向右进行，符合化学平衡移动原理，故答案为：b；
（4）根据流程图可知，该合成氨工艺主要起始原料是CH₄、H₂O、空气，而辅助原料是K₂CO₃、Fe（OH）₃，故答案为：CH₄、H₂O、空气；K₂CO₃；Fe（OH）₃；
（5）根据流程图可知，以CH₄为基本原料四次转化为合成氨工艺主要原料N₂、H₂的化学方程式见下，答案为：CH₄+H₂O（g）$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$  CO+3H₂、2CH₄+3O₂ $\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$2CO+4H₂O、CO+H₂O（g） $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$CO₂+H₂、CO₂+H₂O+K₂CO₃ $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2KHCO₃；
（6）上述流程图第三处循环使用的物质是氮气和氢气，故答案为：．

点评 本题考查了天然气合成氨的有关知识，重点掌握相关物质的化学性质，考查了分析和解决问题的能力，难度较大．