Question

氨是最為重要的化工原料之一，已知：
N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H=180kJ/mol
2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（l）△H=-571.6kJ/mol
4NH₃（g）+5O₂（g）═4NO（g）+6H₂O（l）△H=-1170kJ/mol
試回答下列問(wèn)題
（1）合成氨的熱化學(xué)方程式為

 

．
（2）一定條件下，在不同溫度、壓強(qiáng)下，合成氨平衡體系中NH₃的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)見(jiàn)下表（N₂和H₂的起始物質(zhì)的量之比為1：3 ）．下列說(shuō)法正確的是

 

．

壓強(qiáng)MPa 氨的平均含量（%） 溫度（攝氏度）	0.1	10	20	30	60	100
200	15.3	81.5	86.4	89.9	95.4	98.8
300	2.2	52.0	64.2	71.0	84.2	92.6
400	0.4	25.1	38.2	47.0	65.2	79.8
500	0.1	10.6	19.1	26.4	42.2	57.5
600	0.05	4.5	9.1	13.8	23.1	31.4

下列關(guān)于合成氨說(shuō)法正確是

 

．
a．工業(yè)上用鐵觸媒作催化劑，既可提高反應(yīng)速率又可提高NH₃的產(chǎn)率
b．工業(yè)上選擇20～50MPa壓強(qiáng)下，是因?yàn)榇藭r(shí)轉(zhuǎn)化率最大
c．工業(yè)上選擇450～500℃下合成，是因?yàn)榇藭r(shí)催化劑活性大
d．工業(yè)上需將生成的氨液化分離不斷補(bǔ)充N₂和H₂有利于提高合成的效率和產(chǎn)率
（3）某溫度時(shí)在一個(gè)3L容器中，其中氫氣的物質(zhì)的量隨時(shí)間變化的曲線如圖1所示，反應(yīng)開(kāi)始至2min，用NH₃生成表示的平均反應(yīng)速率為

 

．

（4）工業(yè)上生產(chǎn)氫氣時(shí)需將水煤氣中CO變換為CO₂和H₂，CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H＜0．
①在750K條件下，該反應(yīng)的平衡常數(shù)=2.6，當(dāng)H₂O和CO的物質(zhì)的量之比為1時(shí)，CO的轉(zhuǎn)化率為

 

．
②經(jīng)變換過(guò)的氣體仍有少量的CO，常用的方法之一是銅洗法，CO（g）+Cu（NH₃）₂Ac（aq）+NH₃（l）?[Cu（NH₃）₃CO]Ac（aq）；△H＜0；反應(yīng)在銅洗塔中進(jìn)行，吸收后的銅液送到再生器中，在再生器，解吸CO，從經(jīng)濟(jì)效益考慮，工業(yè)上適宜條件是

 

，解吸后銅氨液循環(huán)使用．
（5）電化學(xué)合成氨原理如圖2所示，陽(yáng)極的電極反應(yīng)式為

 

；陰極的電極反應(yīng)式為

 

；電化學(xué)合成一個(gè)NH₃，可以產(chǎn)生

 

個(gè)電子的電量．

Answer 1

考點(diǎn)：化學(xué)平衡的計(jì)算,熱化學(xué)方程式,化學(xué)平衡建立的過(guò)程,化學(xué)平衡的影響因素,電解原理

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)算分析得到；
（2）根據(jù)化學(xué)平衡移動(dòng)原理和合成氨條件的選擇判斷；
（3）根據(jù)圖象中氫氣濃度變化，計(jì)算出氫氣反應(yīng)速率，從而得到氨氣的反應(yīng)速率；
（4）①根據(jù)化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式計(jì)算各物質(zhì)平衡時(shí)濃度，計(jì)算出CO的轉(zhuǎn)化率；
②利用化學(xué)平衡移動(dòng)影響因素考慮；
（5）陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)失去電子；陰極發(fā)生還原反應(yīng)得到電子；根據(jù)電極反應(yīng)式判斷轉(zhuǎn)移電子數(shù)．

解答： 解：（1）已知：①N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+180.5kJ?mol^-1
②4NH₃（g）+5O₂（g）=4NO（g）+6H₂O（g）△H=-905kJ?mol^-1
③2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H=-483.6kJ?mol^-1
依據(jù)蓋斯定律，（③×3-②+①）×

1

2

，得到：合成氨的熱化學(xué)方程式：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4 kJ?mol^-1，
故答案為：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4 kJ?mol^-1；
（2）a、催化劑可加快反應(yīng)速率，但是不影響平衡移動(dòng)，即不會(huì)提高氨氣產(chǎn)量，故a錯(cuò)誤；
b、100MPa時(shí)氨氣的含量最大，則轉(zhuǎn)化率率最高，但實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中越強(qiáng)不能太大，因壓強(qiáng)太高，對(duì)生產(chǎn)設(shè)備要求也高，難以實(shí)現(xiàn)，所以選擇20～50MPa壓強(qiáng)下，故b錯(cuò)誤；
c、450～500℃下合成，是因?yàn)榇藭r(shí)催化劑活性大，可以有效的加快反應(yīng)速率，故c正確；
d、減小生成物濃度有利于合成氨的正向進(jìn)行，可促進(jìn)生產(chǎn)效率和提高產(chǎn)率，故d正確；
故選cd；
（3）反應(yīng)開(kāi)始至2min，氫氣物質(zhì)的量變化為：（1-0.7）mol=0.3mol，濃度變化為：

0.3mol

3L

=0.1mol/L，氫氣的反應(yīng)速率為

0.1mol/L

2min

=0.05mol（L?min）^-1，氫氣與氨氣的計(jì)量數(shù)之比為3：2，即氫氣和氨氣的速率之比為：3：2，氨氣的反應(yīng)速率為0.05mol（L?min）^-1×

2

3

=0.03mol（L?min）^-1，
故答案為：0.03mol（L?min）^-1；
（4）①設(shè)反應(yīng)生成的二氧化碳和氫氣為xmol/L，
              CO（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+H₂（g）
起始濃度：1       1        0       0
轉(zhuǎn)化濃度：x       x        x       x
平衡濃度：1-x     1-x       x       x
K=

c(CO2)?c(H2)

c(CO)?c(H2O)

=

x2

(1-x)2

=2.6，x=0.625mol/L，α=

0.625mol/L

1mol/L

×100%=62.5%，
故答案為：62.5%；
②應(yīng)促進(jìn)化學(xué)平衡的正向進(jìn)行，可以減小生成物濃度，故答案為：及時(shí)分離生成物；
（5）陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)失去電子，電極反應(yīng)式可寫為：H₂-2e^-=2H⁺；陰極發(fā)生還原反應(yīng)得到電子，電極反應(yīng)式可寫為：N₂+6e^-=2N^3-；生成一個(gè)NH₃，則需生成一個(gè)N^3-，轉(zhuǎn)移電子數(shù)為3，故答案為：H₂-2e^-=2H⁺；N₂+6e^-=2N^3-；3．

點(diǎn)評(píng)：本題考查熱化學(xué)方程式書寫、化學(xué)平衡條件的選擇、轉(zhuǎn)化率計(jì)算和電化學(xué)相關(guān)知識(shí)，難度不大，注意化學(xué)平衡移動(dòng)的影響因素時(shí)，加入純固體和純液體對(duì)化學(xué)平衡移動(dòng)無(wú)影響影響．