Question

1898年，曾有人發(fā)明了固氮的一種方法，該法以石灰石、焦炭、空氣為原料。第一步反應(yīng)是石灰石分解；第二步是使第一步反應(yīng)產(chǎn)物和焦炭反應(yīng)，在電爐中的高溫下制得第三步反應(yīng)起始物；第三步反應(yīng)中另一反應(yīng)物是空氣，該反應(yīng)也是在電爐中完成的，生成一種固體；第四步是使該固體和水蒸氣反應(yīng)制得氨氣。又知該固體中有與N₃^-互為等電子體的離子。（1）試寫出四步反應(yīng)的化學(xué)方程式；
（2）試簡(jiǎn)評(píng)該固氮方法。

Answer 1

（1）CaCO₃CaO+CO₂↑； CaO+3CCaC₂+CO↑；CaC₂+N₂CaCN₂+C ；   CaCN₂+3H₂O(g)=CaCO₃+2NH₃↑。
（2）這種方法，需要消耗大量電能，原料眾多，設(shè)備重，生產(chǎn)成本高。

前二步反應(yīng)分別是石灰石的分解和制造電石的反應(yīng)：
CaCO₃CaO+CO₂↑；          CaO+3CCaC₂+CO↑
第三步反應(yīng)是CaC₂在高溫下與空氣中的氮?dú)夥磻?yīng)，以取得固氮的效果。由于生成物與N₃^-互為等電子體的離子，氮元素在此生成物中應(yīng)為-3價(jià)，后者與水反應(yīng)才更有可能生成NH₃。N₃^-的等電子體有CN₂^2-、C₂N^3-。如果N為-3價(jià)，在CN₂^2-中C為+4價(jià)，在C₂N^3-中C為0價(jià)，不合理，因此生成物中的該離子只能為CN₂^2-。其化學(xué)方程式為：
CaC₂+N₂CaCN₂+C ；   CaCN₂+3H₂O=CaCO₃+2NH₃↑。
這種方法較之現(xiàn)在的合成氨工業(yè)，需要消耗大量電能，原料眾多，生產(chǎn)成本高，因此，很快被合成氨的催化法代替。