Question

四川有豐富的天然氣資源．某化工廠以天然氣為原料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）整個流程有三個循環：一是K₂CO₃（aq）循環，二是N₂和H₂循環，第三個循環中被循環的物質是

 

（2）脫硫過程中，若有nmol Fe₂O₃?H₂O轉化，則生成S的物質的量為

 

mol（用含n的代數式表示）．
（3）圖中CH₄的第二次轉化過程中發生反應的化學方程式為

 

．
（4）在合成氨的實際生產過程中，常采取的措施之一是：將生成的氨從混合氣體中及時分離出來，并將分離出氨后的氮氣和氫氣循環利用，同時補充氮氣和氫氣．請運用化學反應速率和化學平衡的觀點說明采取這些措施的理由：

 

（5）改用過量NaOH溶液吸收天然氣中的硫化氫，以石墨作電極電解吸收后所得溶液可回收硫，其電解總反應方程式（忽略氧氣的氧化還原）為

 

（6）若工業生產中以a g氨氣和足量的空氣為原料（不考慮空氣中N₂的反應）最大限度的制取NH₄NO₃，經過一系列轉化后，再向反應后的混合物中加入bg水，得到密度為d g/mL的NH₄NO₃溶液，理論上該溶液中溶質的物質的量濃度可能的最大值為

 

mol/L．

Answer 1

分析：（1）根據生產流程圖中所涉及的物質的來源和去向回答；
（2）根據H₂S能與Fe₂O₃?H₂O反應：3H₂S+Fe₂O₃?H₂O=2FeS+S+4H₂O來計算；
（3）根據工藝流程示意圖可知CH₄的第一次轉化過程中生成了CO和H₂；
（4）將氨分離出來，可減少生成物濃度，化學平衡正向移動；補充氮氣和氫氣，增大生成物濃度，利于增大反應速率；
（5）根據NaOH溶液吸收天然氣中的硫化氫生成Na₂S，電解時陽極硫離子放電生成單質硫，陰極氫離子放電生成氫氣；
（6）依據題意，最大程度的生成硝酸銨，結合方程式求出氨氣催化氧化的物質的量，計算出生成硝酸銨的物質的量濃度．

解答：解：（1）由工藝流程示意圖可知第三個循環中被循環物質是Fe₂O₃?H₂O循環，故答案為：Fe₂O₃?H₂O；
（2）由H₂S能與Fe₂O₃?H₂O反應：3H₂S+Fe₂O₃?H₂O=2FeS+S+4H₂O可知，有nmolFe₂O₃?H₂O轉化，生成S的物質的量為nmol，故答案為：n；
（3）CH₄的第一次轉化過程中生成了CO和H₂，方程式為CH₄+H₂O?CO+3H₂，故答案為：CH₄+H₂O?CO+3H₂；
（4）在合成氨的實際生產過程中，采取的措施之一是：將生成的氨從混合氣體中及時分離出來，并將分離出氨后的氮氣和氫氣循環利用，同時補充氮氣和氫氣，增大氫氣和氮氣的濃度有利于增大反應速率；增大氫氣和氮氣濃度，減少氨氣濃度有利于平衡正向進行，
故答案為：增大氮氣和氫氣的濃度有利于增大反應速率；減小氨氣的濃度，增大氮氣和氫氣的濃度均有利于平衡向正反應方向移動；
（5）NaOH溶液吸收天然氣中的硫化氫生成Na₂S，電解時陽極硫離子放電生成單質硫，陰極氫離子放電生成氫氣，電解總反應方程式為：Na₂S+2H₂O

通電  .

2NaOH+S+H₂↑，
故答案為：Na₂S+2H₂O

通電  .

2NaOH+S+H₂↑；
（6）設

a

17

 mol NH₃中有x mol用于生產硝酸，其余（

a

17

-x） mol NH₃跟生成的硝酸恰好完全反應生成NH₄NO₃．
由4NH₃+5O₂═4NO+6H₂O，4NO+3O₂+2H₂O═4HNO₃則
 NH₃～NO～HNO₃                       NH₃ +HNO₃ ═NH₄NO₃
x mol    x mol   x mol                          （

a

17

-x）mol       x mol    
依題意，最大程度制取NH₄NO₃，則應該滿足（

a

17

-x）=x，
解得 x=

a

34

，
所以，硝酸的物質的量濃度是：c（NH₄NO₃）═

n

V

=

n(硝酸銨)

m(硝酸銨)+m(水) ρ ×10-3

=

a 34

a 34 ×80+b d ×10-3

=

500ad

40a+17b

mol/Lmol?L^-1，
故答案為：

500ad

40a+17b

．

點評：本題是一道化學和工業生成相結合的題目，涉及到氧化還原反應、方程式的書寫、化學平衡移動、電解原理，根據方程式的計算等，考查學生分析和解決問題的能力，難度中等．