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工業(yè)合成氨與制備硝酸可采用如圖1流程進行聯(lián)合生產:

(1)如圖2表示了298K時氮氣與氫氣合成氨反應過程中的能量變化.對于合成氨的反應下列說法正確的是
 
 (填編號).

a.該反應在任意條件下都可以自發(fā)進行
b.加入催化劑,能使該反應的E和△H都減小
c.若該反應在298K、398K時的化學平衡常數(shù)分別為K1、K2,則K1>K2
d.該反應屬于人工固氮
(2)在800℃時,氨與氧氣在氨氧化爐中反應的主要產物是NO和H2O.在實際生產中氨的氧化率與混合氣中氧氨比{氧氣與氨氣物質的量比,以γ[n(O2)/n(NH3)]表示}的關系如圖3所示.
①在實際生產中,將γ值維持在數(shù)值
 
之間為好.
②實際生產中,通入氨氧化爐的是空氣,若使氨的氧化率達到95%,應控制氨在氨、空氣混合氣體中
的體積分數(shù)約為_
 
 (設氧氣占空氣的體積分數(shù)為20%).
(3)由于二氧化氮不能被水完全吸收,因此生成的氣體須經過多次氧化、吸收的循環(huán)操作,使其充分轉化為硝酸(如果不考慮生產過程中的其它損失).
①從理論上分析,要使氨氣完全轉化為硝酸,則原料氨氣和氧氣物質的量的投料比至少為
 

②如果按理論上的原料比將原料放在一個具有反應條件的密閉容器中進行,所有物質不與外界交換,則最后所得溶液的質量分數(shù)為
 

③循環(huán)操作的次數(shù)與二氧化氮生成硝酸的轉化率具有一定的數(shù)學關系.計算一定量的二氧化氮氣體大約要經過
 
次循環(huán)操作,才能使二氧化氮的轉化率約為96%.
考點:工業(yè)制取硝酸,化學平衡的調控作用
專題:計算題,元素及其化合物
分析:(1)a.根據△H-T△S判斷;
b.加入催化劑降低活化能,不影響反應熱;
c.該反應為放熱反應,升高溫度平衡向吸熱反應移動;
d.工業(yè)合成氨是人工固氮;
(2)①從如何降低成本還能提高氨氣的轉化率角度考慮;
②根據n(O2)/n (NH3)=1.7及空氣中氧氣約占空氣體積的20%計算;γ=1.75的氨、空氣混合氣體,氧氣足量,反應生成氣體主要是二氧化氮和水,空氣中的氮氣不反應;
(3)①根據反應方程式中氨氣和氧氣關系判斷;
②由4NH3+5O2
催化劑
.
4NO+6H2O、4NO+3O2+2H2O=4HNO3,可得:NH3+2O2=HNO3+H2O,根據方程計算;
③根據等比數(shù)列計算前n項和,再根據其轉化率公式計算.
解答: 解:(1)a.該反應為焓減熵減,△H-T△S<0,反應自發(fā)進行,故應在低溫下可能自發(fā)進行,故a錯誤;
b.加入催化劑降低活化能,不影響反應熱,故b錯誤;
c.該反應為放熱反應,升高溫度,平衡向逆反應移動,平衡常數(shù)降低,故c正確;
d.工業(yè)合成氨是人工固氮,故d正確.
故選:cd;
(2)①由于一方面提高氧氣量,增大氨的氧化率;另方面γ值在1.7~2.2時,氨的氧化率已高達95~99%,再提高,氨的氧化率上升空間已有限,反而會增加能耗,提高生產成本,所以而實際生產要將γ值維持在1.7~2.2之間,
故答案為:1.7~2.2;
②氨的氧化率達到95%,γ{n(O2)/n (NH3)}=1.7,設氨氣的物質的量是xmol,n(O2)=1.7xmol,空氣的物質的量是:1.7xmol×5=8.5xmol,
氨氣的體積分數(shù)是:
xmol
xmol+8.5xmol
×100%=10.5%,
(3)①由4NH3+5O2
催化劑
.
4NO+6H2O、4NO+3O2+2H2O=4HNO3,可得:NH3+2O2=HNO3+H2O,則原料氨氣和氧氣物質的量的投料比為1:2;
故答案為:1:2;
②由4NH3+5O2
催化劑
.
4NO+6H2O、4NO+3O2+2H2O=4HNO3,可得:NH3+2O2=HNO3+H2O,則按理論上的原料比將原料放在一個具有反應條件的密閉容器中進行,所有物質不與外界交換,則生成1molHNO3時,水是也是mol,則硝酸的質量分數(shù)為:
63
63+18
×100%=77.8%;
故答案為:77.8%;
③設起始時NO2物質的量為1 mol,經過n次循環(huán)后生成HNO3的物質的量為:Sn=
2
3
+
2
3
×
1
3
+
2
3
×(
1
3
2+??????+
2
3
×(
1
3
n-1,經等比數(shù)列求和得Sn=
2
3
[1-(
1
3
)n]
1-
1
3
=1-(
1
3
n,因此,NO2→HNO3轉化率為1-(
1
3
n×100%=95%,因此,n=2.6≈3,要經過3次循環(huán)操作才能使95%的NO2轉化為HNO3,
故答案為:3.
點評:本題以工業(yè)制硝酸為知識背景,綜合考查了反應熱、化學平衡、有關方程式的計算等,要求學生具有較強的分析問題和解決問題的能力,題目難度中等,注意把握圖象中的信息.
練習冊系列答案
相關習題

科目:高中化學 來源: 題型:

環(huán)境問題已成為制約社會發(fā)展和進步的嚴重問題.有下列幾種說法,其中正確的是( �。�
①臭氧層的主要作用是吸收紫外線;
②溫室效應將導致全球氣候變暖;
③酸雨主要是由于空氣受到硫的氧化物和氮的氧化物污染所致;
④光化學煙霧主要由汽車排放的尾氣引起的.
A、只有①和②
B、只有②和③
C、只有①、②和③
D、①②③④全都正確

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科目:高中化學 來源: 題型:

氮族元素的單質及其化合物的應用較為廣泛.請回答下列問題:
(1)Li3N 晶體中氮以 N3-存在,基態(tài)N3-的電子排布式為
 

(2)已知N≡N的鍵能為 942kJ?mol-1,N-N 單鍵的鍵能為247kJ?mol-1,說明N2分子中的
 
鍵比
 
鍵穩(wěn)定(選填“σ”或“π”).
(3)(CH33 NH+ 和AlCl4-可形成離子液體.離子液體由陰、陽離子組成,熔點低于100℃,其揮發(fā)性一般比有機溶劑
 
(填“大”或“小”),可用作
 
(填代號).
a.助燃劑      b.“綠色”溶劑     c.復合材料     d.絕熱材料
(4)已知 x+中所有電子正好充滿 K、L、M三個電子層,它與N3-形成的晶體結構如圖1所示.則X的元素符號是
 
,與同一個N3-相連的x+共有
 
個.
(5)砷化鎵屬于第三代半導體,它能直接將電能轉變?yōu)楣饽�,砷化鎵燈泡壽命是普通燈泡�?00倍,而耗能只有其10%,推廣砷化鎵等發(fā)光二極管(LED)照明,是節(jié)能減排的有效舉措,已知砷化鎵的晶胞結構如圖2所示.
①下列說法正確的是
 
(選填序號).
A.砷化鎵晶胞結構與NaCl相同          B.第一電離能:As>Ga
C.電負性:As>Ga                     D.砷和鎵都屬于p區(qū)元素
E.半導體GaP、SiC與砷化鎵為等電子體
②砷化鎵的制備方法是將(CH33Ga和AsH3在700℃的密閉容器中進行,反應的化學方程式為
 
;AsH3分子的空間形狀為
 
;(CH33Ga中鎵原子雜化方式為
 

③Ga原子核外的價電子排布式為
 

④AsH3沸點比NH3低,其原因是
 

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科目:高中化學 來源: 題型:

用過量的H2SO4、NaOH、NH3、H2O、NaCl等溶液,按題如圖所示步驟分開五種離子.則溶液①、②、③、④是(  )
A、①NaCl   ②NaOH  ③NH2?H2O   ④H2SO4
B、①H2SO4  ②NaOH  ③NH3?H2O  ④NaCl
C、①H2SO4  ②NH3?H2O ③NaOH    ④NaCl
D、①NaCl   ②NH3?H2O  ③NaOH   ④H2SO4

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科目:高中化學 來源: 題型:

在入住裝修過的新房前,下列做法中錯誤的是( �。�
A、裝修新房季節(jié)最好選擇夏季
B、適度開窗通風,充分地進行內外空氣對流
C、用高濃度的甲醛對室內環(huán)境消毒
D、在各個房間內均勻的放置適量的吊蘭、蘆薈等鮮花

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科目:高中化學 來源: 題型:

(1)若電解足量的氯化銅溶液,寫出電解時發(fā)生反應的化學方程式
 
,如果電解一段時間后,電路中轉移2mol的電子,陽極在標準狀況下放出氯氣
 
 L.
(2)若電解足量的氯化鈉溶液,寫出電解時發(fā)生反應的化學方程式
 
,如果電解一段時間后,電路中轉移1mol的電子,則陰極析出氫氣
 
 L.

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科目:高中化學 來源: 題型:

已知:N2(g)+3H2(g)?2NH3(g)△H=-92.4kJ/mol,這是目前普遍使用的人工固氮的方法.請回答下列問題:
(1)450℃時,往一個2L的密閉容器中充入2.6mol H2和1mol N2,反應過程中對NH3的濃度進行檢測,得到的數(shù)據如下表所示:
時間/min51015202530
c(NH3)/mol?L-10.080.140.180.200.200.20
①此條件下該反應的化學平衡常數(shù)K=
 
;反應達到平衡后,若往平衡體系中加入H2、N2和NH3各2mol,此時該反應的v(N2
 
v(N2(填寫“>”、“=”或“<”=).
②若改變某一條件,達新平衡時n(H2)=1.60mol,下列說法正確的是
 

A.平衡一定正向移動            B.可能是向容器中加入了一定量的H2氣體
C.可能是降低了容器的溫度      D.可能是縮小了容器的體積
(2)450℃時,在另一密閉容器中進行上述合成氨的反應,各物質的起始濃度和平衡濃度如下表所示:
N2H2NH3
起始濃度(mol/L)0.20.30.2
平衡濃度(mol/L)abc
請回答:
①a的取值范圍是:
 

②請用數(shù)學表達式表示下列量之間的關系:(I)a與b的關系:
 
.(Ⅱ)a、b、c的關系:
 

③反應達到平衡后,改變某一外界條件,反應速率與時間的關系如圖所示,其中t2﹑t7時刻所對應的實驗條件改變分別是:t2
 
;t7
 

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科目:高中化學 來源: 題型:

某溫度下,C和H2O(g)在密閉容器里發(fā)生下列反應:
C(s)+H2O(g)?CO(g)+H2(g);
CO(g)+H2O(g)?CO2(g)+H2(g).
當反應達到平衡時,c(H2)=1.9mol?L-1,c(CO)=0.1mol?L-1.則下列敘述正確的有( �。�
A、CO在平衡時轉化率為10%
B、平衡濃度c(CO2)=c(H2
C、平衡時氣體平均相對分子質量約為23.3
D、其他條件不變時,縮小體積,H2O(g)的轉化率隨之降低

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科目:高中化學 來源: 題型:

將9g銅和鐵的混合物投入100mL稀硝酸中,充分反應后得到標準狀況下1.12LNO,剩余4.8g金屬;繼續(xù)加入100mL等濃度的稀硝酸,金屬完全溶解,又得到標準狀況下1.12L NO.若向反應后的溶液中加入KSCN溶液,溶液不變紅,則下列說法不正確的是(  )
A、原混合物中銅和鐵共0.15mol
B、稀硝酸的物質的量的濃度為2mol.L-1
C、第一次剩余4.8g金屬為銅
D、再加足量的稀硫酸,又得到標準狀況下6.72LNO

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