Question

利用天然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。(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__________。(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)由KHCO₃分解得到的CO₂可以用于__________ (寫出CO₂的一種重要用途)。

(5)整個流程有三處循環，一是Fe(OH)₃循環，二是K₂CO₃(aq)循環，請在上述流程圖中標出第三處循環(循環方向、循環物質)。

Answer 1

(1)3H₂S+2Fe(OH)₃====Fe₂S₃+6H₂O  (2)2.7 n  (3)b  (4)生產純堿  (5)如上圖

解析:

(1)天然氣中的硫是化合態的硫，以H₂S的形式存在，由框圖可以看出，它與Fe(OH)₃反應，生成Fe₂S₃和H₂O：

H₂S+Fe(OH)₃-+H₂O

發生的是酸堿中和反應，較易配平：

3H₂S+2Fe(OH)₃====Fe₂S₃+6H₂O

(2)一次轉化時，甲烷與水蒸氣發生如下反應：

CH₄+H₂OCO+3H₂

氫氣為一氧化碳物質的量的3倍：2.7 n。

(3)K₂CO₃(aq)通CO₂發生如下反應：

K₂CO₃+CO₂2KHCO₃

加壓，溶液中CO₂的濃度增大，平衡向右移動，此即(b)勒夏特列原理。

(4)CO₂的用途有很多，可作滅火劑、制冷劑，可作生產純堿、化肥(碳銨、尿素)的原料，等等。擇其一答之即可。

(5)Fe₂S₃、H₂O的混合物中通入O₂生成S，Fe₂S₃失去S^2-變為Fe³⁺;O₂得到電子變為O^2-,被H₂O分子俘獲變為OH^-；Fe³⁺與OH^-結合為Fe(OH)₃，Fe(OH)₃再用于吸收H₂S——循環利用

2Fe₂S₃+6H₂O+3O₂====4Fe(OH)₃+6S

    大家熟知，KHCO₃受熱生成K₂CO₃和CO₂，K₂CO₃用于吸收CO₂，也是循環利用。由于合成氨的反應是一個可逆反應，因此未轉化的N₂和H₂也需循環利用。