Question

甲烷是天然氣、沼氣、坑氣及煤氣的主要成分，可用作燃料及制造氫氣、一氧化碳、甲醛等物質(zhì)的原料，其中用作制氫氣合成氨的工藝流程示意圖如下：

依據(jù)上述流程，完成下列填空：
（1）天然氣脫硫時(shí)的化學(xué)方程式是

 

．
（2）n mol CH₄經(jīng)一次轉(zhuǎn)化后產(chǎn)生CO 0.9n mol，產(chǎn)生H₂

 

mol，假設(shè)后面幾步轉(zhuǎn)化各物質(zhì)均完全反應(yīng)，則理論上可制備得到

 

氨氣mol（用含n的代數(shù)式表示）．
（3）K₂CO₃（aq）和CO₂反應(yīng)在加壓下進(jìn)行，加壓的理論依據(jù)是

 

．
A．相似相容原理         B．勒夏特列原理          C．酸堿中和原理
（4）分析流程示意圖回答，該合成氨工藝主要起始原料是

 

，輔助原料有

 

．
（5）整個(gè)流程有三處循環(huán)，一是Fe（OH）₃循環(huán)，二是

 

循環(huán)，三是N₂、H₂循環(huán)．

Answer 1

考點(diǎn)：工業(yè)合成氨,合成氨條件的選擇

專題：氮族元素

分析：（1）硫化氫是酸性氣體，可以和堿發(fā)生中和反應(yīng)生成鹽和水；
（2）計(jì)算出甲烷的物質(zhì)的量，根據(jù)方程式計(jì)算氫氣、氨氣的物質(zhì)的量；
（3）根據(jù)化學(xué)平衡移動(dòng)原理加壓有利于平衡向著氣體系數(shù)和減小的方向進(jìn)行來回答；
（4）利用氫氣合成氨的工藝流程知道：起始原料是CH₄、H₂O、空氣，而輔助原料是K₂CO₃、Fe（OH）₃；
（5）根據(jù)合成氨的原理可以推知循環(huán)使用的是氮?dú)夂蜌錃�，根�?jù)流程圖確定其他循環(huán)使用的物質(zhì)．

解答： （1）流程圖中已給出反應(yīng)物是H₂S和Fe（OH）₃，生成物是Fe₂S₃和H₂O，CH₄沒有參與反應(yīng)，所以天然氣脫硫時(shí)的化學(xué)方程式為3H₂S+2Fe（OH）₃═Fe₂S₃+6H₂O，
故答案為：3H₂S+2Fe（OH）₃═Fe₂S₃+6H₂O；
（2）根據(jù)方程式CH₄+H₂O→CO+3H₂可知，生成CO0.9nmol，則生成氫氣3×0.9nmol=2.7nmol．二次轉(zhuǎn)化后，CH₄全部轉(zhuǎn)化為CO，即工生成nmolCO，和水蒸氣反應(yīng)：CO+H₂O→CO₂+H₂，又產(chǎn)生nmol氫氣，因此總共生成3.7nmol氫氣，所以若后面幾步轉(zhuǎn)化各物質(zhì)均完全反應(yīng)，則理論上可制備得到氨氣3.7nmol×2×

1

3

≈2.5nmol．
故答案為：2.7n，2.5n；  
（3）CO₂為氣體，與K₂CO₃（aq）反應(yīng)體積減小，所以加壓有利于平衡右移，依據(jù)是勒夏特列原理，故選B；
（4）根據(jù)流程示意圖可知，該合成氨工藝主要起始原料是CH₄、H₂O、空氣，而輔助原料是K₂CO₃、Fe（OH）₃，故答案為：CH₄、H₂O、空氣；K₂CO₃；Fe（OH）₃；
（5）合根據(jù)流程示意圖可知，循環(huán)利用的物質(zhì)除了氫氧化鐵、氮?dú)夂蜌錃馔猓�還有碳酸鉀，故答案為：K₂CO₃（aq）．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了天然氣合成氨的有關(guān)知識(shí)，重點(diǎn)掌握相關(guān)物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)，考查了分析和解決問題的能力，難度較大．