氨是最重要的氮肥,是產(chǎn)量最大的化工產(chǎn)品之一.
(1)傳統(tǒng)的工業(yè)合成氨技術(shù)的反應(yīng)原理是:N
2(g)+3H
2(g)
2NH
3(g)△H=-92.4kJ/mol.在500℃、20MPa時,將N
2、H
2置于一個固定容積的密閉容器中發(fā)生反應(yīng),反應(yīng)過程中各種物質(zhì)的量變化如圖所示,回答下列問題:
①計算反應(yīng)在第一次平衡時的平衡常數(shù)K=
.(保留二位小數(shù))
②產(chǎn)物NH
3在5~10min、20~25min和45~50min時平均反應(yīng)速率[平均反應(yīng)速率分別以v
1、v
2、v
3表示]從大到小排列次序為
.
③H
2在三次平衡階段的平衡轉(zhuǎn)化率分別以α
1、α
2、α
3表示,其中最小的是
.
④在25min和45min時,采取的措施分別是
;
(2)科學(xué)家一直致力研究常溫、常壓下合成氨的新方法.曾有實驗報道:在常溫、常壓、光照條件下,N
2在催化劑(摻有少量Fe
2O
3的TiO
2)表面與水發(fā)生反應(yīng),生成的主要產(chǎn)物為NH
3和另一種常見氣體.進一步研究NH
3生成量與溫度的關(guān)系,部分實驗數(shù)據(jù)見下表(光照、N
2壓力1.0×10
5Pa、反應(yīng)時間3h).
T/K |
303 |
313 |
323 |
NH3生成量/(10?6mol) |
4.8 |
5.9 |
6.0 |
①寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式
②與目前廣泛使用的工業(yè)合成氨方法相比,該方法中固氮反應(yīng)速率慢.請?zhí)岢鲆粭l可提高其反應(yīng)速率且增大NH
3生成量的建議:
.
(3)最近一些科學(xué)家研究采用高質(zhì)子導(dǎo)電性的SCY陶瓷(能傳遞H
+)實現(xiàn)氨的電解法合成,大大提高了氮氣和氫氣的轉(zhuǎn)化率.總反應(yīng)式為:N
2+3H
22NH
3.則在電解法合成氨的過程中,應(yīng)將H
2不斷地通入
極(填“正”、“負”、“陰”或“陽”);在另一電極通入N
2,該電極反應(yīng)式為
.