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：

依據上述流程，完成下列填空：
（1）天然氣脫硫時的化學方程式是

 

．
（2）n mol CH₄經一次轉化后產生CO 0.9n mol，產生H₂

 

mol，假設后面幾步轉化各物質均完全反應，則理論上可制備得到

 

氨氣mol（用含n的代數式表示）．
（3）K₂CO₃（aq）和CO₂反應在加壓下進行，加壓的理論依據是

 

．
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：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)生中和反應生成鹽和水；
（2）計算出甲烷的物質的量，根據方程式計算氫氣、氨氣的物質的量；
（3）根據化學平衡移動原理加壓有利于平衡向著氣體系數和減小的方向進行來回答；
（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）根據合成氨的原理可以推知循環(huán)使用的是氮氣和氫氣，根據流程圖確定其他循環(huán)使用的物質．

解答： （1）流程圖中已給出反應物是H₂S和Fe（OH）₃，生成物是Fe₂S₃和H₂O，CH₄沒有參與反應，所以天然氣脫硫時的化學方程式為3H₂S+2Fe（OH）₃═Fe₂S₃+6H₂O，
故答案為：3H₂S+2Fe（OH）₃═Fe₂S₃+6H₂O；
（2）根據方程式CH₄+H₂O→CO+3H₂可知，生成CO0.9nmol，則生成氫氣3×0.9nmol=2.7nmol．二次轉化后，CH₄全部轉化為CO，即工生成nmolCO，和水蒸氣反應：CO+H₂O→CO₂+H₂，又產生nmol氫氣，因此總共生成3.7nmol氫氣，所以若后面幾步轉化各物質均完全反應，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）反應體積減小，所以加壓有利于平衡右移，依據是勒夏特列原理，故選B；
（4）根據流程示意圖可知，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）合根據流程示意圖可知，循環(huán)利用的物質除了氫氧化鐵、氮氣和氫氣外，還有碳酸鉀，故答案為：K₂CO₃（aq）．

點評：本題考查了天然氣合成氨的有關知識，重點掌握相關物質的化學性質，考查了分析和解決問題的能力，難度較大．