Question

18．合成氨反應(yīng)是化學(xué)上最重要的反應(yīng)之一：
（1）合成氨原料氣中的氫氣可利用天然氣（主要成分為CH₄）在高溫、催化劑作用下與水蒸氣反應(yīng)制得，反應(yīng)中每生成2mol CO₂吸收316kJ熱量，該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式是CH₄（g）+2H₂O（g）$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CO₂（g）+4H₂（g）△H=+158kJ•mol^-1該方法制得的原料氣中主要雜質(zhì)是CO₂，若用K₂CO₃溶液吸收，該反應(yīng)的離子方程式是CO₃^2-+CO₂+H₂O═2HCO₃^-．
（2）已知N₂（g）+3H₂（g）?2ΝΗ₃（g）△H＜0．如圖是當(dāng)反應(yīng)器中按n（N₂）：n（H₂）=1：3投料后，在200℃、400℃、600℃下，反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，混合物中NH₃的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)隨壓強(qiáng)的變化曲線，
①曲線a對(duì)應(yīng)的溫度是200℃．
②關(guān)于工業(yè)合成氨的反應(yīng)，下列敘述正確的是ABE（填序號(hào)）
A．上圖中M、N、Q點(diǎn)平衡常數(shù)K的大小關(guān)系為K（M）=K（Q）＞K（N）
B．加催化劑能加快反應(yīng)速率但H₂的平衡轉(zhuǎn)化率不變
C．相同壓強(qiáng)條件下，投料相同，達(dá)到平衡所需時(shí)間關(guān)系為c＞b＞a
D．由曲線a可知，當(dāng)壓強(qiáng)增加到100MPa以上，NH₃的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)可達(dá)到100%
E．及時(shí)分離出NH₃可以提高H₂的平衡轉(zhuǎn)化率
③N點(diǎn)時(shí)c（NH₃）=0.2mol•L^-1，N點(diǎn)的化學(xué)平衡常數(shù)K=$\frac{25}{27}$（精確到小數(shù)點(diǎn)后兩位）．
（3）合成氨工業(yè)中含氨廢水的處理方法之一是電化學(xué)氧化法，將含氨的堿性廢水通入電解系統(tǒng)后，在陽(yáng)極上氨被氧化成氮?dú)舛�脫除，�?yáng)極的電極反應(yīng)式為2NH₃-6e^-+6OH^-═N₂+6H₂O．
（4）NH₃可以處理NO₂ 的污染，方程式如下：NO₂+NH₃$?_{加熱}^{催化劑}$N₂+H₂O（未配平）當(dāng)轉(zhuǎn)移0.6mol電子時(shí)，消耗的NO₂在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積是3.36L．

Answer 1

分析 （1）生成2mol二氧化碳吸收316kJ熱量，則生成1mol二氧化碳吸收158kJ熱量，根據(jù)反應(yīng)物、生成物及反應(yīng)條件、反應(yīng)熱書寫熱化學(xué)方程式；
碳酸鉀和二氧化碳、水反應(yīng)生成碳酸氫鈉；
（2）①正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度平衡逆向移動(dòng)，氨氣的含量減��；
②A．K只受溫度影響，溫度不變平衡常數(shù)不變，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度平衡逆向移動(dòng)，平衡常數(shù)減��；
B．催化劑只改變反應(yīng)速率不影響平衡移動(dòng)；
C．相同壓強(qiáng)條件下，投料相同，溫度越高反應(yīng)速率越大，反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)間越短；
D．可逆反應(yīng)中存在化學(xué)平衡；
E．及時(shí)分離出NH₃平衡正向移動(dòng)；
③根據(jù)反應(yīng)N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）利用三段式計(jì)算出平衡時(shí)各物質(zhì)的濃度，并計(jì)算平衡常數(shù)；
（3）生成的無(wú)污染的物質(zhì)為氮?dú)�，根�?jù)電解原理寫出陽(yáng)極電極反應(yīng)式；
（4）反應(yīng)6NO₂+8NH₃$?_{加熱}^{催化劑}$7N₂+12H₂O方程式可知6NO₂～～24mole^-，以此來(lái)解答．

解答 解：（1）生成2mol二氧化碳吸收316kJ熱量，則生成1mol二氧化碳吸收158kJ熱量，根據(jù)反應(yīng)物、生成物及反應(yīng)條件、反應(yīng)熱書寫熱化學(xué)方程式為；
碳酸鉀和二氧化碳、水反應(yīng)生成碳酸氫鈉，離子方程式為CO₃^2-+CO₂+H₂O═2HCO₃^-；
故答案為：CH₄（g）+2H₂O（g）$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CO₂（g）+4H₂（g）△H=+158kJ•mol^-1 ；CO₃^2-+CO₂+H₂O═2HCO₃^-；
（2）①合成氨的反應(yīng)為放熱反應(yīng)，反應(yīng)溫度越高，越不利于反應(yīng)正向進(jìn)行，曲線a的氨氣的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)最高，其反應(yīng)溫度對(duì)應(yīng)相對(duì)最低，所以a曲線對(duì)應(yīng)溫度為200℃；
故答案為：200℃；
②A．平衡常數(shù)與溫度有關(guān)，與其他條件無(wú)關(guān)，溫度相同時(shí)平衡常數(shù)相同，反應(yīng)是放熱反應(yīng)，溫度越高平衡常數(shù)越小，則M、N、Q點(diǎn)平衡常數(shù)K的大小關(guān)系是K（M）=K（Q）＞K（N），故正確；
B．催化劑能同等程度的改變正逆反應(yīng)速率，但平衡不移動(dòng)，故正確；
C．相同壓強(qiáng)條件下，投料相同，溫度越高反應(yīng)速率越大，反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)間越短，溫度：a＜b＜c，則達(dá)到平衡所需時(shí)間關(guān)系為c＜b＜a，故錯(cuò)誤；
D．可逆反應(yīng)中存在化學(xué)平衡，當(dāng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)正逆反應(yīng)速率相等，反應(yīng)物不能完全轉(zhuǎn)化為生成物，故錯(cuò)誤；
E．及時(shí)分離出NH₃平衡正向移動(dòng)，則可以提高H₂的平衡轉(zhuǎn)化率，故正確；
故選ABE；
③N點(diǎn)時(shí)氨的物質(zhì)的量的分?jǐn)?shù)為20%，利用三段式，設(shè)N₂轉(zhuǎn)化率是b，N₂的起始濃度為a，
根據(jù)反應(yīng)N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
起始    a       3a         0
轉(zhuǎn)化    ab       3ab       2ab
平衡   a-ab      3a-3ab      2ab
根據(jù)題意有$\left\{\begin{array}{l}{\frac{2ab}{a-ab+3a-3ab+2ab}=20%}\\{2ab=0.2}\end{array}\right.$，所以a=0.3，b=$\frac{1}{3}$，所以平衡常數(shù)K=$\frac{（2ab）^{2}}{（a-ab）．（3a-3ab）^{3}}$=$\frac{25}{27}$，
故答案為：$\frac{25}{27}$；
（3）利用電解法將NH₃•H₂O轉(zhuǎn)化為對(duì)環(huán)境無(wú)污染的物質(zhì)為氮?dú)�，�?yáng)極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：2NH₃-6e^-+6OH^-=N₂+6H₂O，
故答案為：2NH₃-6e^-+6OH^-=N₂+6H₂O；
（4）反應(yīng)6NO₂+8NH₃$?_{加熱}^{催化劑}$7N₂+12H₂O方程式可知6NO₂～～24mole^-，所以消耗的NO₂在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積是$\frac{0.6}{24}$×6×22.4L=3.36L，
故答案為：3.36．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡計(jì)算、電解原理、氧化還原反應(yīng)計(jì)算、化學(xué)平衡影響因素等知識(shí)點(diǎn)，側(cè)重考查學(xué)生識(shí)圖、分析計(jì)算能力，明確化學(xué)反應(yīng)原理是解本題關(guān)鍵，知道平衡常數(shù)的計(jì)算方法，題目難度中等．