Question

合成氨工業(yè)生產(chǎn)條件：催化劑：鐵觸媒，溫度：400～500℃，壓強：30～50MPa．每生成0.1molNH₃放熱4.61kJ．
請回答：
（1）工業(yè)合成氨反應(yīng)的熱化學(xué)方程式______生產(chǎn)中采用400～500℃的高溫，原因之一是考慮催化劑的活性，原因之二是______
（2）鐵觸媒是以FeO和Fe₂O₃為主要成分的氧化物．某鐵觸媒中n（Fe²⁺）：n（Fe³⁺）=1：1，則n（Fe）：n（O）=______．實驗測定，當(dāng)n（Fe²⁺）：n（Fe³⁺）=1：2時催化活性最高．Fe₂O₃中加適量碳粉可制備這種催化活性最高的鐵觸媒：2Fe₂O₃+C=4FeO+CO₂↑，理論上，240g Fe₂O₃中需要加入碳粉______g可以制備這種催化劑．
（3）某同學(xué)為探究某鐵觸媒的成分，用適量稀硝酸溶解少量樣品，取少許所得溶液滴加KSCN出現(xiàn)紅色，由此確定該鐵觸媒中鐵為+3價，你認為該結(jié)論______（填合理或不合理），理由：______
（4）有人設(shè)想尋求合適的催化劑和電極材料，以N₂、H₂為原料，以HCl-NH₄Cl為電解質(zhì)溶液制取新型燃料電池，同時達到固氮作用．該電池的正極反應(yīng)式為______．

Answer 1

（1）每生成0.1molNH₃放熱4.61kJ，則反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為N₂（g）+3H₂（g）

催化劑

高溫高壓

2NH₃（g）△H=-92.2kJ/mol，升高溫度雖然不利于平衡向正反應(yīng)方向移動，但能增大反應(yīng)速率，縮短達到平衡的時間，
故答案為：N₂（g）+3H₂（g）

催化劑

高溫高壓

2NH₃（g）△H=-92.2kJ/mol；提高反應(yīng)速率，縮短達到平衡的時間；
（2）鐵觸媒中n（Fe²⁺）：n（Fe³⁺）=1：1，根據(jù)化合物化合價代數(shù)和為0可知，n（Fe）：n（O）=2：2.5=4：5，
n（Fe₂O₃）=

240g

160g/mol

=1.5mol，
當(dāng)n（Fe²⁺）：n（Fe³⁺）=1：2時活性最高，
則應(yīng)生成1molFeO，
2Fe₂O₃+C=4FeO+CO₂↑，
     12g  4mol
     m    1mol
m=3g，
故答案為：4：5；3；
（3）硝酸具有強氧化性，硝酸會氧化其中可能存在的二價鐵，只能判斷樣品溶解于硝酸后中存在三價鐵而不能確定原樣品中鐵元素的價態(tài)，所以加入硝酸溶解不合理，應(yīng)加入非氧化性酸溶解鐵觸媒，
故答案為：不合理；由于硝酸會氧化其中可能存在的二價鐵，結(jié)果只能判斷樣品溶解于硝酸后中存在三價鐵而不能確定原樣品中鐵元素的價態(tài)；
（4）N₂在正極發(fā)生還原反應(yīng)生成NH₄⁺，電極反應(yīng)式為N₂+6e^-+8H⁺=2NH₄⁺，故答案為：N₂+6e^-+8H⁺=2NH₄⁺．