Question

【題目】氨是最重要的化工產(chǎn)品之一，其生產(chǎn)方法也在逐漸改進(jìn)中，各國科學(xué)家均在為提高氨的產(chǎn)量，降低能耗作各種有益的探究；氨在工業(yè)上有廣泛用途。

(1)合成氨用的H2可以CH4為原料制得。已知相關(guān)的化學(xué)鍵鍵能數(shù)據(jù)如下：

化學(xué)鍵	H—H	C—O	C≡O(shè)	H—O	C—H
E/（kJ·mol-1）	436	351	1076	463	413

則CH4(g)與H2O(g)反應(yīng)生成CO(g)和H2(g)的熱化學(xué)方程式__________。

(2)近年有人將電磁場直接加在氮?dú)馀c氫氣反應(yīng)的容器內(nèi)，在較低的溫度和壓強(qiáng)條件下合成氨，獲得了較好的產(chǎn)率。從化學(xué)反應(yīng)本質(zhì)角度分析，電磁場對合成氨反應(yīng)的作用是___。

(3)在425℃、A12O3作催化劑，甲醇與氨氣反應(yīng)可以制得(CH3)2NH。(CH3)2NH顯弱堿性，與鹽酸反應(yīng)生成(CH3)2NH2Cl，溶液中各離子濃度由小到大的順序?yàn)?/span>___。

(4)直接供氨式堿性燃料電池的電池反應(yīng)式4NH3+3O2=2N2+6H2O，負(fù)極電極反應(yīng)式為___。

(5)如圖，采用NH3作還原劑，煙氣以一定的流速通過兩種不同催化劑，測量逸出氣體中氮氧化物含量，從而確定煙氣脫氮率，反應(yīng)原理為：NO(g)+NO2(g)+2NH3(g)2N2(g)+3H2O(g)。（注：脫氮率即氮氧化物轉(zhuǎn)化率）

①對于氣相反應(yīng)，用某組分(B)的平衡壓強(qiáng)(pB)代替物質(zhì)的量濃度(cB)也可以表示平衡常數(shù)(記作KP)，則上述反應(yīng)的表達(dá)式KP=_______。

②以下說法正確的是_________。

A.上述反應(yīng)的正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)

B.相同條件下，改變壓強(qiáng)對脫氮率沒有影響

C.催化劑①、②分別適合于250℃和450℃左右脫氮

D.曲線①、②最高點(diǎn)表示此時平衡轉(zhuǎn)化率最高

(6)氨氣制取尿素的合成塔中發(fā)生反應(yīng)：2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(l)+H2O(g)。圖中為合成塔中不同氨碳比a和水碳比b時二氧化碳轉(zhuǎn)化率(x%)，a宜控制在4.0左右，理由是__________。

Answer 1

【答案】CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) △H=+194 kJ/mol 在電磁場的作用下氮氮叁鍵更容易斷裂，降低了合成反應(yīng)所需的能量，反應(yīng)容易進(jìn)行 c(Cl-)>c[(CH3)2NH2 +]>c(H+)>c(OH-) 2NH3-6e-+6OH-=N2+6H2O C 氨碳比大于4.0，增大氨氣的量CO2轉(zhuǎn)化率增加不大，提高了生產(chǎn)成本；氨碳比小于4.0，CO2的轉(zhuǎn)化率較低

【解析】

(1)反應(yīng)焓變=反應(yīng)物總鍵能-生成物總能鍵能，標(biāo)注物質(zhì)聚集狀態(tài)和對應(yīng)反應(yīng)的焓變寫出熱化學(xué)方程式；

(2)根據(jù)化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)是舊鍵的斷裂和新鍵的形成分析；

(3)二甲胺顯弱堿性，與鹽酸反應(yīng)生成(CH3)2NH2Cl，[(CH3)2NH2] +離子水解溶液顯酸性，據(jù)此判斷溶液中各離子濃度大小；

(4)原電池負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，氨氣在負(fù)極失去電子，堿性條件下生成氮?dú)馀c水；

(5)①對于氣相反應(yīng)，用某組分(B)的平衡壓強(qiáng)(pB)代替物質(zhì)的量濃度(cB)也可以表示平衡常數(shù)，Kp=，

②A.溫度升高脫氨率降低，說明平衡向逆反應(yīng)方向移動；

B.增大壓強(qiáng)平衡向逆反應(yīng)方向移動；

C.根據(jù)圖象判斷，脫氨率最高的點(diǎn)對應(yīng)的溫度應(yīng)是最適宜溫度；

D.最高點(diǎn)為催化劑活性最高的溫度；

(6)從投資、成本、物質(zhì)的平衡轉(zhuǎn)化率方面分析。

(1)CH4(g)與H2O(g)反應(yīng)生成CO(g)和H2(g)的反應(yīng)方程式為：CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)，反應(yīng)焓變△H=4×413kJ/mol+2×463kJ/mol-(1073kJ/mol+3×436kJ/mol)=+194kJ/mol；

(2)從化學(xué)反應(yīng)本質(zhì)角度分析，電磁場對合成氨反應(yīng)的作用是：在電磁場的作用下氮氮三鍵更容易斷裂，降低了反應(yīng)所需要的能量，反應(yīng)更容易進(jìn)行；

(3)在425℃、A12O3作催化劑，甲醇與氨氣反應(yīng)可以制得(CH3)2NH。(CH3)2NH顯弱堿性，與鹽酸反應(yīng)生成(CH3)2NH2Cl，(CH3)2NH2Cl是強(qiáng)酸弱堿鹽，[(CH3)2NH2] +離子水解溶液使顯酸性，[(CH3)2NH2] +水解消耗，則c(Cl-)>c[(CH3)2NH2 +]，水解消耗OH-，則溶液中c(H+)>c(OH-)，鹽電離產(chǎn)生的離子濃度大于水電離產(chǎn)生的離子濃度，所以c[(CH3)2NH2 +]> c(H+)，因此該溶液中各離子濃度大小為：c(Cl-)>c[(CH3)2NH2 +]>c(H+)>c(OH-)；

(4)原電池負(fù)極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，氨氣在負(fù)極失去電子，在堿性條件下生成N2與水，負(fù)極的電極反應(yīng)式為2NH3-6e-+6OH-=N2+6H2O；

(5)①NO(g)+NO2(g)+2NH3(g)2N2(g)+3H2O(g)，對于氣相反應(yīng)，用某組分(B)的平衡壓強(qiáng)(pB)代替物質(zhì)的量濃度(cB)也可以表示平衡常數(shù)，Kp=；

②A.脫氨率達(dá)到最高點(diǎn)之后繼續(xù)升高溫度，脫氨率降低，說明升高溫度，化學(xué)平衡向逆反應(yīng)方向移動，則該反應(yīng)的正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，A錯誤；

B.正反應(yīng)為氣體體積增大的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)化學(xué)平衡向氣體體積減小的逆反應(yīng)方向移動，B錯誤；

C.兩種催化劑分別在250℃和450℃左右催化效率最高，說明此時催化劑的活性最大，C正確；

D.圖象研究的是不同催化劑在不同的溫度下的活性比較，最高點(diǎn)為催化劑活性最大的狀態(tài)，與平衡轉(zhuǎn)化率無關(guān)，D錯誤；

故合理選項(xiàng)是C；

(6)氨碳比a[]大于4.0時，增大氨氣的物質(zhì)的量，二氧化碳的轉(zhuǎn)化率增加不大，增加了生產(chǎn)成本；氨碳比a[]小于4.0時，二氧化碳的轉(zhuǎn)化率較小，所以氨碳比a宜控制在4.0左右。