Question

6．合成氨反應(yīng)是化學(xué)上最重要的反應(yīng)：
（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）=CO₂（g）+4H₂（g）△H=+158kJ/mol，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）?2NH₃（g）△H＜0．下圖是當(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AB（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)下，投料相同，達(dá)到平衡消耗時(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%
③N點(diǎn)時(shí)c（NH₃）=0.2mol•L^-1，N點(diǎn)的化學(xué)平衡常數(shù)K=0.926（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，在催化劑的作用下，加熱可以使這兩種氣體轉(zhuǎn)變成兩種無污染性的物質(zhì)，且其中一種為無色無味的氣體，當(dāng)轉(zhuǎn)移0.6mol電子時(shí)，則消耗的NO₂在標(biāo)準(zhǔn)狀況下是3.36L．

Answer 1

分析 （1）CH₄在高溫、催化劑作用下與水蒸氣反應(yīng)的方程式為CH₄（g）+2H₂O（g）=CO₂（g）+4H₂（g），生成2mol CO₂吸收316kJ熱量，則1molCH₄叁加反應(yīng)時(shí)需要吸收的熱量為158kJ，CO₂與K₂CO₃溶液反應(yīng)生成碳酸氫鈉鉀，據(jù)此答題；
（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．加催化劑能加快反應(yīng)速率但平衡不移動(dòng)；
C．相同壓強(qiáng)下，投料相同，溫度越高反應(yīng)速率越快，達(dá)到平衡消耗時(shí)間越短；
D．該反應(yīng)為可逆反應(yīng)，反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率不可能達(dá)到100%；
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 $\frac{\underline{\;催化劑\;}}{△}$7N₂+12H₂O方程式可知6NO₂～24mole^-，以此來解答．

解答 解：（1）CH₄在高溫、催化劑作用下與水蒸氣反應(yīng)的方程式為CH₄（g）+2H₂O（g）=CO₂（g）+4H₂（g），生成2mol CO₂吸收316kJ熱量，則1molCH₄叁加反應(yīng)時(shí)需要吸收的熱量為158kJ，所以反應(yīng)的熱化學(xué)方程式是CH₄（g）+2H₂O（g）=CO₂（g）+4H₂（g）△H=+158kJ/mol，CO₂與K₂CO₃溶液反應(yīng)生成碳酸氫鈉鉀，反應(yīng)的離子方程式為CO₃^2-+CO₂+H₂O=2HCO₃^-，
故答案為：CH₄（g）+2H₂O（g）=CO₂（g）+4H₂（g）△H=+158kJ/mol；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°C；
故答案為：200℃；
②A．K只受溫度影響，溫度不變平衡常數(shù)不變，所以K（M）=K（Q），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)減小，Q點(diǎn)的溫度低于N，所以K（Q）＞K（N），故A正確；
B．加催化劑能加快反應(yīng)速率但平衡不移動(dòng)，所以H₂的平衡轉(zhuǎn)化率不變，故B正確；
C．相同壓強(qiáng)下，投料相同，溫度越高反應(yīng)速率越快，達(dá)到平衡消耗時(shí)間越短，cba的溫度依次降低，所以達(dá)到平衡消耗時(shí)間關(guān)系為a＞b＞c，故C錯(cuò)誤；
D．該反應(yīng)為可逆反應(yīng)，反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率不可能達(dá)到100%，故D錯(cuò)誤，
故選：AB；
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$\frac{2ab}{a-ab+3a-3ab+2ab}$=20%，2ab=0.2mol^-1，所以a=0.3mol•L^-1，b=$\frac{1}{3}$，所以平衡常數(shù)K=$\frac{（2ab）^{2}}{（a-ab）×（3a-3ab）^{3}}$=$\frac{25}{27}$=0.926，
故答案為：0.926；
（3）利用電解法將NH₃•H₂O轉(zhuǎn)化為對(duì)環(huán)境無污染的物質(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 $\frac{\underline{\;催化劑\;}}{△}$7N₂+12H₂O，由方程式可知6NO₂參加反應(yīng)轉(zhuǎn)移24mole^-，所以消耗的NO₂在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積是$\frac{0.6}{24}$×6×22.4L=3.36L，
故答案為：3.36．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了熱化學(xué)方程式的書寫、化學(xué)平衡的計(jì)算、電解池原理、氧化還原反應(yīng)的計(jì)算等，題目難度中等，注意利用三段式進(jìn)行化學(xué)平衡的計(jì)算，明確反應(yīng)速率的概念及計(jì)算方法，試題培養(yǎng)了學(xué)生的分析、理解能力及化學(xué)計(jì)算能力．