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
試回答下列問題
（1）合成氨的熱化學方程式為

 

．
（2）一定條件下，在不同溫度、壓強下，合成氨平衡體系中NH₃的物質的量分數(shù)見下表（N₂和H₂的起始物質的量之比為1：3 ）．下列說法正確的是

 

．

壓強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

下列關于合成氨說法正確是

 

．
a．工業(yè)上用鐵觸媒作催化劑，既可提高反應速率又可提高NH₃的產(chǎn)率
b．工業(yè)上選擇20～50MPa壓強下，是因為此時轉化率最大
c．工業(yè)上選擇450～500℃下合成，是因為此時催化劑活性大
d．工業(yè)上需將生成的氨液化分離不斷補充N₂和H₂有利于提高合成的效率和產(chǎn)率
（3）某溫度時在一個3L容器中，其中氫氣的物質的量隨時間變化的曲線如圖1所示，反應開始至2min，用NH₃生成表示的平均反應速率為

 

．

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

 

．
②經(jīng)變換過的氣體仍有少量的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；反應在銅洗塔中進行，吸收后的銅液送到再生器中，在再生器，解吸CO，從經(jīng)濟效益考慮，工業(yè)上適宜條件是

 

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

 

；陰極的電極反應式為

 

；電化學合成一個NH₃，可以產(chǎn)生

 

個電子的電量．

Answer 1

考點：化學平衡的計算,熱化學方程式,化學平衡建立的過程,化學平衡的影響因素,電解原理

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）依據(jù)熱化學方程式和蓋斯定律計算分析得到；
（2）根據(jù)化學平衡移動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，計算出氫氣反應速率，從而得到氨氣的反應速率；
（4）①根據(jù)化學平衡常數(shù)表達式計算各物質平衡時濃度，計算出CO的轉化率；
②利用化學平衡移動影響因素考慮；
（5）陽極發(fā)生氧化反應失去電子；陰極發(fā)生還原反應得到電子；根據(jù)電極反應式判斷轉移電子數(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、催化劑可加快反應速率，但是不影響平衡移動，即不會提高氨氣產(chǎn)量，故a錯誤；
b、100MPa時氨氣的含量最大，則轉化率率最高，但實際工業(yè)生產(chǎn)中越強不能太大，因壓強太高，對生產(chǎn)設備要求也高，難以實現(xiàn)，所以選擇20～50MPa壓強下，故b錯誤；
c、450～500℃下合成，是因為此時催化劑活性大，可以有效的加快反應速率，故c正確；
d、減小生成物濃度有利于合成氨的正向進行，可促進生產(chǎn)效率和提高產(chǎn)率，故d正確；
故選cd；
（3）反應開始至2min，氫氣物質的量變化為：（1-0.7）mol=0.3mol，濃度變化為：

0.3mol

3L

=0.1mol/L，氫氣的反應速率為

0.1mol/L

2min

=0.05mol（L?min）^-1，氫氣與氨氣的計量數(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設反應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應促進化學平衡的正向進行，可以減小生成物濃度，故答案為：及時分離生成物；
（5）陽極發(fā)生氧化反應失去電子，電極反應式可寫為：H₂-2e^-=2H⁺；陰極發(fā)生還原反應得到電子，電極反應式可寫為：N₂+6e^-=2N^3-；生成一個NH₃，則需生成一個N^3-，轉移電子數(shù)為3，故答案為：H₂-2e^-=2H⁺；N₂+6e^-=2N^3-；3．

點評：本題考查熱化學方程式書寫、化學平衡條件的選擇、轉化率計算和電化學相關知識，難度不大，注意化學平衡移動的影響因素時，加入純固體和純液體對化學平衡移動無影響影響．