Question

11．經過科學家的大量研究，工業(yè)上氮氣和氫氣在一定條件下直接化合制得氨．圖1是工業(yè)合成氨生產的示意圖．
①圖1中分離出物質X的化學式為NH₃．
②圖1中選定500℃、20～50MPa條件的主要原因BC（填字母）
A．溫度、壓強對化學平衡的影響
B．鐵觸媒在該溫度時活性大
C．工業(yè)生產受動力、材料、設備等條件的限制
③改變反應條件，會使平衡發(fā)生移動．圖2表示隨條件改變，氨氣的百分含量的變化趨勢．
當橫坐標為壓強時，變化趨勢正確的是（選填a、b、c）c；
當橫坐標為溫度時，變化趨勢正確的是（選填a、b、c）a．
④常溫下氨氣極易溶于水，其水溶液可以導電，請用方程式表示氨氣溶于水過程中存在的可逆反應NH₃+H₂O?NH₃•H₂O?NH₄⁺+OH^-．

Answer 1

分析 ①根據題干中的流程圖1生產流程知，原料氣氮氣和氫氣，經過氨的合成、氨的分離，循環(huán)利用的為氮氣和氫氣的混合氣，分離出的是氨氣，據此解答；
②該反應為可逆反應，根據化學平衡移動原理及其生產實際進行解答；
③合成氨反應是一個體積減小反應，可以得出隨著壓強的增大，平衡向氨氣增大的方向移動，結合圖象可以知道c符合要求．又因為合成氨反應是一個放熱反應，可以得出隨著溫度的升高，平衡向氨氣減少的方向移動，結合圖象可以知道a符合要求；
④氨氣和水反應生成氨水，氨水電離生成氫氧根離子和銨根離子，據此解答；

解答 解：①合成氨工業(yè)有下列流程：原料氣制備、原料氣凈化和壓縮、氨的合成、氨的分離，從圖1生產流程知，原料氣氮氣和氫氣，經過氨的合成、氨的分離，所以X為氨氣，Y為氮氣和氫氣的混合氣，再循環(huán)利用，故答案為：NH₃；
②A．升高溫度，能使反應速率加快，但該反應正反應為放熱反應，升高溫度，平衡向逆反應方向移動，不利于氨的合成；增大壓強，能使反應速率加快，反應也向正反應方向移動，但過高的壓強，反應成本高，故A錯誤；
B．實際生產中采用400～500℃的高溫，催化劑的催化活性最高，可以增加反應速率，縮短達到平衡的時間；故B正確；
C．合成氨工業(yè)的原理是：N₂+3H₂$?_{500℃、鐵觸煤}^{20-50MPa}$2NH₃△H＜0，從化學平衡的角度看，溫度越低，壓強越大，越有利于合成氨，工業(yè)生產以經濟利益最大化為目的，所以工業(yè)生產受動力、材料、設備等條件的限制，目前的生產條件為：催化劑-鐵觸媒，溫度-400～500℃，壓強-30～50MPa，故C正確；
故答案為：BC．
③合成氨工業(yè)的原理是：N₂+3H₂$?_{500℃、鐵觸煤}^{20-50MPa}$2NH₃△H＜0，因△H＜0，從化學平衡的角度看，正反應為放熱反應，溫度越低，越有利于合成氨，增加溫度，平衡向逆反應方向移動，氨氣的百分含量減少；正反應為體積縮小的反應，所以壓強越大，越有利于合成氨，增大壓強時平衡向右進行，氨氣的百分含量增大，結合圖象可以知道c符合要求．又因為合成氨反應是一個放熱反應，可以得出隨著溫度的升高，平衡向氨氣減少的方向移動，結合圖象可以知道a符合要求；答案為：c；a；
④氨氣和水反應生成氨水，氨水電離生成氫氧根離子和銨根離子，方程式為：NH₃+H₂O?NH₃•H₂O?NH₄⁺+OH^-，
故答案為：NH₃+H₂O?NH₃•H₂O?NH₄⁺+OH^-；

點評 本題主要考查了合成氨工業(yè)，題目綜合性強，難度較大，掌握合成氨工業(yè)的流程，掌握化學反應速率、化學平衡的移動以及熱化學部分的知識，是解答本題的關鍵．