Question

利用天然氣合成氨的工藝流程示意圖如圖1所示：



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）K₂CO₃（aq）和CO₂反應在加壓下進行，加壓的理論依據是______（多選扣分）．
（a）相似相溶原理  （b）勒沙特列原理  （c）酸堿中和原理
（3）由KHCO₃分解得到的CO₂可以用于______（寫出CO₂的一種重要用途）．
（4）整個流程有三處循環，一是Fe（OH）₃循環，二是K₂CO₃（aq）循環，請在圖2中標出上述流程圖第三處循環（循環方向、循環物質）．
（5）在一定溫度和壓強的密閉合成反應器中，H₂和N₂混合氣體平均相對分子質量為8.5，當該反應達到平衡時，測出平衡混合氣的平均式量為10，請計算此時H₂的轉化率（寫出計算過程）：______．

Answer 1

（1）硫化氫是酸性氣體，可以和堿氫氧化鐵發生中和反應：3H₂S+2Fe（OH）₃→Fe₂S₃+6H₂O，
故答案為：3H₂S+2Fe（OH）₃═Fe₂S₃+6H₂O；
  （2）K₂CO₃（aq）和CO₂反應生成碳酸氫鉀，增大壓強，化學平衡向右進行，符合化學平衡移動原理，故答案為：b；
（3）二氧化碳可以和氫氧化鈉反應生碳酸鈉，固體二氧化碳干冰易升華可以做制冷劑，故答案為：生產純堿（或作制冷劑等）；
（4）上述流程圖第三處循環使用的物質是氮氣和氫氣，即



，故答案為：



；
（5）設充入氣體總量為1mol，氮氣為x，則氫氣為（1-x）．
則有：28x+2（1-x）=8.5解得：N₂：x=0.25mol  H₂：1mol-0.25mol=0.75mol
又設平衡時N₂轉化y，則：
          N₂ +3H₂?2NH₃
起始   0.25mol        0.75mol          0
變化    y                3y            2y
平衡  （0.25-y）mol  （0.75-3y）mol    2ymol
則有：

28×(0.25-y)mol+2×(0.75-3y)mol+17×2ymol

(0.25-y)mol+(0.75-3y)mol+2ymol

=10
解得：y=0.075mol
則氫氣的轉化率為：

3×0.075mol

0.75mol

×100%=30.0%．
答：此時H₂的轉化率為30%．