Question

（2011?懷柔區(qū)模擬）合成氨工業(yè)生產(chǎn)條件：催化劑：鐵觸媒，溫度：400～500℃，壓強(qiáng)：30～50MPa．每生成0.1molNH₃放熱4.61kJ．
請(qǐng)回答：
（1）工業(yè)合成氨反應(yīng)的熱化學(xué)方程式

N₂（g）+3H₂（g）

催化劑

高溫高壓

2NH₃（g）△H=-92.2kJ/mol

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

提高反應(yīng)速率，縮短達(dá)到平衡的時(shí)間

（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）=

4：5

．實(shí)驗(yàn)測(cè)定，當(dāng)n（Fe²⁺）：n（Fe³⁺）=1：2時(shí)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

3

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(jià)，你認(rèn)為該結(jié)論

不合理

（填合理或不合理），理由：

由于硝酸會(huì)氧化其中可能存在的二價(jià)鐵，結(jié)果只能判斷樣品溶解于硝酸后中存在三價(jià)鐵而不能確定原樣品中鐵元素的價(jià)態(tài)

（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(shí)達(dá)到固氮作用．該電池的正極反應(yīng)式為

N₂+6e^-+8H⁺=2NH₄⁺

．

Answer 1

分析：（1）由外界條件對(duì)化學(xué)平衡以及化學(xué)反應(yīng)速率的影響分析；
（2）根據(jù)化合價(jià)代數(shù)和為0以及反應(yīng)的化學(xué)方程式計(jì)算；
（3）硝酸具有強(qiáng)氧化性，能將鐵氧化為三價(jià)鐵；
（4）N₂在正極發(fā)生還原反應(yīng)生成NH₄⁺，以此書寫電極反應(yīng)式．

解答：解：（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(dòng)，但能增大反應(yīng)速率，縮短達(dá)到平衡的時(shí)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(dá)到平衡的時(shí)間；
（2）鐵觸媒中n（Fe²⁺）：n（Fe³⁺）=1：1，根據(jù)化合物化合價(jià)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(shí)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(qiáng)氧化性，硝酸會(huì)氧化其中可能存在的二價(jià)鐵，只能判斷樣品溶解于硝酸后中存在三價(jià)鐵而不能確定原樣品中鐵元素的價(jià)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(huì)氧化其中可能存在的二價(jià)鐵，結(jié)果只能判斷樣品溶解于硝酸后中存在三價(jià)鐵而不能確定原樣品中鐵元素的價(jià)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⁺．

點(diǎn)評(píng)：本題考查氨的合成，題目難度中等，本題易錯(cuò)點(diǎn)為（2），注意把握計(jì)算的角度，答題時(shí)仔細(xì)體會(huì)．