Question

德國化學家哈伯從1902年開始研究由氮氣和氫氣直接合成氨，合成氨是人類科學技術上的一項重大突波，其反應原理為：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4KJ?mol^-1
一種利用天然氣合成氨的簡易流程如下：

天然氣先經(jīng)脫硫，然后通過兩次轉(zhuǎn)化，在經(jīng)過二氧化碳脫除等工序，得到氮氫混合氣進入氨合成塔，制得產(chǎn)品氨
（1）根據(jù)化學平衡移動原理，為提高合成氨的生產(chǎn)效率，選擇氨合成塔中適宜的生產(chǎn)條件是

 

（2）CH₄與水蒸汽制氫氣的反應為CH₄（g）+H₂O（g）═CO（g）+3H₂（g）在2L的密閉容器中，將物質(zhì)的量各1mol的CH₄和H₂O（g）混合反應，CH₄的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強的關系如圖所示

①該反應的△H

 

0（填＞，＜）
②圖中壓強P₁

 

P₂（填＞，＜），理由是

 

③200℃時該反應的平衡常數(shù)K=

 

（保留一位小數(shù)）
（3）NH₃經(jīng)過催化氧化生成NO，以NO為原料通過電解的方法可以制備NH₄NO₂，其總反應8NO+7H2O

電解  .

3NH₄NO₃+2HNO₃，試寫出以惰性材料作電極的陰極反應式

 

，電解過程中需要補充一種物質(zhì)才能使電解產(chǎn)物全部轉(zhuǎn)化為NH₄NO₃，該物質(zhì)是

 

．

Answer 1

考點：轉(zhuǎn)化率隨溫度、壓強的變化曲線,合成氨條件的選擇,電解原理

專題：

分析：（1）根據(jù)合成氨的反應為氣體減小的放熱反應分析；
（2）①由圖可知，壓強不變，溫度越高CH₄（g）的轉(zhuǎn)化率越大，故溫度升高平衡向正反應方向移動．
②溫度容積不變，增大壓強平衡向體積減小的方向移動即逆反應方向移動，則CH₄（g）的轉(zhuǎn)化率越小，據(jù)此判斷．
③平衡常數(shù)指生成物濃度的系數(shù)次冪之積與反應物濃度系數(shù)次冪之積的比值，根據(jù)CH₄（g）的轉(zhuǎn)化率，利用三段式計算出平衡時各組分的物質(zhì)的量，進而求出平衡時各組分的濃度，代入平衡常數(shù)計算．
（3）電解NO制備NH₄NO₃，陰極反應為：NO+5e^-+6H⁺=NH₄⁺+H₂O，根據(jù)轉(zhuǎn)移電子守恒判斷需要加入物質(zhì)．

解答： 解：（1）因為合成氨的反應為氣體減小的放熱反應，所以低溫高壓反應轉(zhuǎn)化率較大，但低溫速率較慢，催化劑活性較低，所以氨合成塔中適宜的生產(chǎn)條件是適宜的高溫，高壓和催化劑，故答案為：適宜的高溫，高壓和催化劑；
（2）①由圖可知，壓強不變，溫度越高CH₄（g）的轉(zhuǎn)化率越大，故溫度升高平衡向正反應方向移動，升高溫度平衡向吸熱反應方向移動，所以正反應為吸熱反應，即△H＞0，故答案為：＞．
 ②溫度容積不變，增大壓強平衡向體積減小的方向移動即逆反應方向移動，則CH₄（g）的轉(zhuǎn)化率越小，所以壓強越大，CH₄（g）的轉(zhuǎn)化率越小，則P₁＜P₂，故答案為：＜；增大壓強平衡向體積減小的方向移動即逆反應方向移動，則CH₄（g）的轉(zhuǎn)化率越�。�
③200℃，CH₄（g）的轉(zhuǎn)化率0.8，所以參加反應的CH₄（g）的物質(zhì)的量為0.8mol．
    對于反應   CH₄（g）+H₂O（g）═CO（g）+3H₂（g）；
開始（mol）：1       1         0      0      
變化（mol）：0.8    0.8         0.8    2.4  
平衡（mol）：0.2     0.2        0.8    2.4  
所以200℃時該反應的平衡常數(shù)k=

c(CO)c 3(H 2)

c(CH 4)?c(H 2O)

=

0.8 2 ×( 2.4 2 )3

0.2 2 × 0.2 2

=69.1．
故答案為：69.1．
（3）電解NO制備NH₄NO₃，陽極反應為NO-3e^-+2H₂O=NO₃^-+4H⁺，陰極反應為：NO+5e^-+6H⁺=NH₄⁺+H₂O，從兩極反應可看出，要使得失電子守恒，陽極產(chǎn)生的NO₃^-的物質(zhì)的量大于陰極產(chǎn)生的NH₄⁺的物質(zhì)的量，總反應方程式為：8NO+7H₂O

電解  .

3NH₄NO₃+2HNO₃，因此若要使電解產(chǎn)物全部轉(zhuǎn)化為NH₄NO₃，需補充NH₃，故答案為：NH₃

點評：本題以氨氣為載體考查了氧化還原反應、電解原理、化學平衡等知識點，綜合性較強，采用“定一議二”的方法分析（2）題，正確書寫電極反應式是解（3）題關鍵，難度中等．