Question

15．工業(yè)上有一種利用天然氣合成氨的工藝，流程示意圖如圖：
依據(jù)上述流程，完成下列填空：
（1）天然氣脫硫時的化學方程式是3H₂S+2Fe（OH）₃═Fe₂S₃+6H₂O；得到單質(zhì)硫的化學方程式是2Fe₂S₃+6H₂O+3O₂=4Fe（OH）₃+6S；
（2）為使K₂CO₃（aq）和CO₂充分反應溫度與壓強應當如何控制，為什么？低溫高壓，有利于增大二氧化碳的溶解；
（3）流程中有三處循環(huán)，分別是氫氧化鐵、碳酸鉀、合成氨時未反應完的氮氣和氫氣；
（4）碳酸氫鉀分解得到的CO₂可用于制干冰，制堿；
（5）一次轉(zhuǎn)化后CO所占體積比是22.5%；
（6）合成氨生產(chǎn)主要設備有壓縮機、合成塔、熱交換器、水冷器、氨冷器、氨分離器（填寫其中三個即可）．

Answer 1

分析 根據(jù)工藝流程示意圖可知CH₄的第一次轉(zhuǎn)化過程中生成了CO和H₂；三硫化二鐵和水之間反應可以得到氫氧化鐵和硫單質(zhì)，氫氧化鐵可以參與循環(huán)使用；向飽和碳酸鉀溶液中通入二氧化碳，會產(chǎn)生溶解度更小的碳酸氫鉀的晶體，碳酸氫鉀受熱分解得到碳酸鉀和水以及二氧化碳，碳酸鉀可以參與循環(huán)使用；氮氣和氫氣之間反應可以得到氨氣，屬于可逆反應，剩余的氮氣和氫氣可以循環(huán)使用；
（1）硫化氫是酸性氣體，可以和堿氫氧化鐵發(fā)生中和反應；三硫化二鐵和水之間反應可以得到氫氧化鐵和硫單質(zhì)；
（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，低溫可以增大二氧化碳的溶解；
（3）上述流程圖三處循環(huán)使用的物質(zhì)是氮氣和氫氣、氫氧化鐵、碳酸鉀；
（4）二氧化碳的應用：制干冰，制堿；
（5）根據(jù)甲烷和水蒸氣之間的反應CH₄+H₂O$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CO+3H₂來計算即可；
（6）根據(jù)合成氨工業(yè)原理結(jié)合流程中使用設備來回答．

解答 解：據(jù)工藝流程示意圖可知CH₄的第一次轉(zhuǎn)化過程中生成了CO和H₂；三硫化二鐵和水之間反應可以得到氫氧化鐵和硫單質(zhì)，氫氧化鐵可以參與循環(huán)使用；向飽和碳酸鉀溶液中通入二氧化碳，會產(chǎn)生溶解度更小的碳酸氫鉀的晶體，碳酸氫鉀受熱分解得到碳酸鉀和水以及二氧化碳，碳酸鉀可以參與循環(huán)使用；氮氣和氫氣之間反應可以得到氨氣，屬于可逆反應，剩余的氮氣和氫氣可以循環(huán)使用；
（1）硫化氫是酸性氣體，可以和堿氫氧化鐵發(fā)生中和反應：3H₂S+2Fe（OH）₃=Fe₂S₃+6H₂O，得到單質(zhì)硫的化學方程式是2Fe₂S₃+6H₂O+3O₂=4Fe（OH）₃+6S；
故答案為：3H₂S+2Fe（OH）₃═Fe₂S₃+6H₂O；2Fe₂S₃+6H₂O+3O₂=4Fe（OH）₃+6S；
（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，低溫可以增大二氧化碳的溶解，故答案為：低溫高壓，有利于增大二氧化碳的溶解；
（3）上述流程圖三處循環(huán)使用的物質(zhì)是氮氣和氫氣、氫氧化鐵、碳酸鉀，故答案為：氫氧化鐵、碳酸鉀、合成氨時未反應完的氮氣和氫氣；
（4）碳酸氫鉀分解得到的CO₂可用于制干冰，制堿，故答案為：制干冰，制堿；
（5）甲烷和水蒸氣之間的反應CH₄+H₂O$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CO+3H₂，一氧化碳和氫氣占90%，設CO體積是x，則x+3x=90%，解得x=0.225，所以一次轉(zhuǎn)化后CO所占體積比是22.5%，故答案為：22.5%；
（6）合成氨生產(chǎn)主要設備有壓縮機、合成塔、熱交換器、水冷器、氨冷器、氨分離器，故答案為：壓縮機、合成塔、熱交換器、水冷器、氨冷器、氨分離器（填寫其中三個即可）．

點評 本題是一道化學和工業(yè)生成相結(jié)合的題目，考查學生分析和解決問題的能力，難度較大．