Question

10．利用天然氣合成氨的工藝流程如下，完成下列填空：

（1）天然氣脫硫采用了Fe（OH）₂、Fe（OH）₂可以再生循環(huán)，寫出上述工藝中Fe₂S₃再生的化學(xué)方程式是2Fe₂S₃+6H₂O+3O₂═4Fe（OH）₃+6S．
含硫化合物遇到Fe²⁺的反應(yīng)情況與反應(yīng)條件有關(guān)，以NaHS溶液與FeCl3融合混合為例：將溶液置于80℃的熱水浴中，發(fā)現(xiàn)有紅褐色沉淀產(chǎn)生，寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式：3NaHS+FeCl₃+3H₂O═Fe（OH）₃↓+3H₂S↑+3NaCl，解釋該反應(yīng)在溫度升高后能發(fā)生，而低溫時不易發(fā)生的原因水解是吸熱反應(yīng)，溫度升高，平衡向吸熱反應(yīng)方向進(jìn)行，所以高溫該反應(yīng)容易發(fā)生．
（2）n　mol　CH₄經(jīng)一次轉(zhuǎn)化后產(chǎn)生CO.9n mol，產(chǎn)生H₂2.7nmol（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b（多選扣分）．
a．相似相溶原理　　　　　　　　　　　b．勒夏特列原理　　　　　　　　　　　　c．酸堿中和原理．
（4）整個流程有三個循環(huán)：一是Fe（OH）₂循環(huán)，二是K₂CO₃（aq）循環(huán)，還有一處循環(huán)未標(biāo)明，請指出上述流程圖中第三處循環(huán)的物質(zhì)是N₂和H₂．
（5）工業(yè)上制取硝酸銨的流程圖如下，請回答下列問題：

據(jù)圖2可知工業(yè)上氨催化氧化生產(chǎn)NO時，應(yīng)該控制溫度在800℃左右，其中在吸收塔中為了盡可能提高硝酸的產(chǎn)率，減少尾氣排放，常常調(diào)節(jié)空氣與NO的比例，寫出吸收塔內(nèi)發(fā)生反應(yīng)的總化學(xué)方程式為4NO+3O₂+2H₂O=4HNO₃．

Answer 1

分析 以天然氣（含H₂S）為原料，加入氫氧化鐵脫硫得到甲烷和Fe₂S₃，通入氧氣發(fā)生反應(yīng)生成氫氧化鐵和硫單質(zhì)，氫氧化鐵循環(huán)使用，甲烷和空氣水混合反應(yīng)得到氮氣、二氧化碳和氫氣，通入碳酸鉀溶液發(fā)生反應(yīng)得到碳酸氫鉀，高溫分解生成二氧化碳，氮氣和氫氣一定條件下反應(yīng)生成氨氣；
（1）Fe₂S₃和H₂O與0₂反應(yīng)生成氫氧化鐵和S；NaHS溶液與FeCl3發(fā)生雙水解，利用水解平衡可分析；
（2）計算出甲烷的物質(zhì)的量，根據(jù)方程式計算氫氣的物質(zhì)的量；
（3）根據(jù)化學(xué)平衡移動原理來回答；
（4）根據(jù)合成氨的原理可以推知循環(huán)使用的是氮氣和氫氣；
（5）從轉(zhuǎn)化率的大小與溫度的關(guān)系選擇反應(yīng)的適宜溫度；NO與O₂應(yīng)生成二氧化氮，二氧化氮和水反應(yīng)生成一氧化氮和硝酸，根據(jù)循環(huán)反應(yīng)寫出總反應(yīng)式．

解答 解：（1）Fe₂S₃和H₂O與0₂反應(yīng)生成氫氧化鐵和S，該反應(yīng)為2Fe₂S₃+6H₂O+3O₂═4Fe（OH）₃+6S，NaHS溶液與FeCl₃發(fā)生雙水解，生成H₂S和NaCl、Fe（OH）₃，水解是吸熱反應(yīng)，溫度升高，平衡向吸熱反應(yīng)方向進(jìn)行，所以高溫該反應(yīng)容易發(fā)生，
故答案為：2Fe₂S₃+6H₂O+3O₂═4Fe（OH）₃+6S；3NaHS+FeCl₃+3H₂O═Fe（OH）₃↓+3H₂S↑+3NaCl；水解是吸熱反應(yīng)，溫度升高，平衡向吸熱反應(yīng)方向進(jìn)行，所以高溫該反應(yīng)容易發(fā)生；
（2）根據(jù)天然氣合成氨的工藝流程圖知10%的甲烷未與水蒸汽作用，甲烷與水反應(yīng)的方程式為：
  CH₄（g）+H₂O（g）→CO（g）+3H₂（g）
  1                          3
0.9n mol                   2.7nmol  
故答案為：2.7n；
（3）K₂CO₃（aq）和CO₂反應(yīng)生成碳酸氫鉀，K₂CO₃+CO₂+H₂O?2KHCO₃，增大壓強(qiáng)，化學(xué)平衡向右進(jìn)行，符合化學(xué)平衡移動原理，
故答案為：b；
（4）上述流程圖第三處循環(huán)使用的物質(zhì)是氮氣和氫氣，
故答案為：N₂和H₂；
（5）從圖象可以看在，反應(yīng)溫度在780～840℃，NO的產(chǎn)率最大，故選擇800℃左右；NO與O₂應(yīng)生成二氧化氮，2NO+O₂=2NO₂ ①，二氧化氮和水反應(yīng)生成一氧化氮和硝酸：3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO ②，循環(huán)反應(yīng)寫出總反應(yīng)式；①×3+②×2 得 6NO+3O₂+2H₂O=4HNO₃+2NO，化簡得到：4NO+3O₂+2H₂O=4HNO₃，
故答案為：800℃；4NO+3O₂+2H₂O=4HNO₃．

點評 本題考查了天然氣合成氨的有關(guān)知識，重點掌握相關(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．