Question

(Ⅰ)德國人哈伯在1905年發(fā)明的合成氨反應(yīng)原理為:N₂(g)+3H₂(g) 2NH₃(g);已知298 K時,ΔH=-92.4 kJ·mol^-1,ΔS=-198.2 J·mol^-1·K^-1.試回答下列問題:

(1)請根據(jù)正反應(yīng)的焓變和熵變計算分析298 K下合成氨反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行(列出算式即可)___________________.其濃度熵(Q_c) __________________化學(xué)平衡常數(shù)(K_c)(填“大于”“等于”或“小于”）時，反應(yīng)向右進(jìn)行.

(2)在實際工業(yè)合成氨生產(chǎn)中采取的措施是__________________ (填序號).

A.采用較低壓強(qiáng)

B.采用800 K左右的高溫

C.用鐵觸媒作催化劑

D.將生成的氨液化并及時從體系中分離出來,N₂和H₂循環(huán)到合成塔中并補(bǔ)充N₂和H₂

(3)如下圖所示是實驗室模擬工業(yè)法合成氨的簡易裝置,簡述檢驗有氨氣生成的方法

___________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________.

 (Ⅱ)硝酸是一種重要的化工原料,工業(yè)上通常采用氨氧化法制取.某�；瘜W(xué)興趣小組的同學(xué)設(shè)計了如下圖所示裝置利用中學(xué)實驗室常見試劑制取NH₃,并以空氣,NH₃為原料模擬工業(yè)制HNO₃(三氧化二鉻為催化劑,加熱及夾持裝置未畫出):

回答下列問題:

(1)實驗時,A,C兩裝置均需加熱,應(yīng)先加熱______________裝置,原因是___________________;

(2)D裝置中應(yīng)填充的物質(zhì)是______________,該物質(zhì)的主要作用是______________;

(3)E裝置的作用是______________,F,G裝置中的物質(zhì)分別是______________、______________;

(4)若保留上圖中黑色粗線框內(nèi)的裝置但去掉通空氣的導(dǎo)管B,將C裝置中的雙孔橡皮塞換成單孔橡皮塞,請你用圖示的方法設(shè)計一個最簡單的實驗方案同樣完成硝酸的制取(在如下圖所示的方框中畫出裝置圖并注明所用藥品的名稱).

Answer 1

Ⅰ.(1)ΔH-TΔS=-92.4 kJ·mol^-1-298 K×(-198.2×10^-3) kJ·mol^-1·K^-1＜0  小于

(2)BCD

(3)用濕潤的紅色石蕊試紙放在導(dǎo)管口處,若試紙變藍(lán),說明有氨氣生成

Ⅱ.(1)C  使催化劑達(dá)到適宜溫度,提高NH₃的轉(zhuǎn)化率

 (2)P₂O₅或無水CaCl₂  除去C中未反應(yīng)的氨氣

(3)安全瓶,防止倒吸  水  NaOH溶液 

(4)如右圖

解析:

本題為實驗題,第Ⅰ部分考查了化學(xué)反應(yīng)方向的判斷問題,該問題為新教材新增知識點(diǎn).依據(jù)ΔH-TΔS代入數(shù)值經(jīng)計算為小于0,故能自發(fā)進(jìn)行.在實際合成氨生產(chǎn)中,結(jié)合催化劑的催化活性,綜合考慮反應(yīng)速率和轉(zhuǎn)化率的問題,選定800 K左右的高溫,且將生成的NH₃及時分離,補(bǔ)充N₂和H₂以利于反應(yīng)向生成NH₃的方向進(jìn)行.實驗室檢驗氨氣的方法可用濕潤的紅色石蕊試紙放在導(dǎo)管口處,看是否變藍(lán)色.

第Ⅱ部分為模擬工業(yè)制硝酸的實驗.因氨氣的催化氧化需要在一定的溫度下進(jìn)行,故應(yīng)提前將催化劑加熱,提高NH₃的轉(zhuǎn)化率,在吸收前設(shè)計了除去未反應(yīng)的氨氣的裝置;另外題目還設(shè)計了防倒吸裝置及尾氣處理裝置.最后一小題讓考生設(shè)計能將NH₃和空氣混合氣一次制取的最簡單方案,故可設(shè)計將空氣通入濃氨水中,帶出氨氣的方法.