Question

（16分）氨是一種重要的化工原料，氨的合成和應(yīng)用是當(dāng)前的重要研究內(nèi)容之一。

(1)一定條件下，在一個密閉容器中充入氣體：N₂ 2mol、H₂ 6mol，達(dá)平衡后N₂的轉(zhuǎn)化率為50%，同時放熱92.3KJ。該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為：______________________________。

(2)傳統(tǒng)哈伯法合成氨工藝中相關(guān)的反應(yīng)式為：N₂+3H₂2NH₃ 。

①該反應(yīng)的平衡常數(shù)K的表達(dá)式為：K=______________。升高溫度，K值______（填“增大”“減小”或“不變”）。

②不同溫度、壓強(qiáng)下，合成氨平衡體系中NH₃的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)見下表（N₂和H₂的起始物質(zhì)的量之比為1∶3）。分析表中數(shù)據(jù)，                   （填溫度和壓強(qiáng)）。時H₂轉(zhuǎn)化率最高，實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中不選用該條件的主要原因是              。

③下列關(guān)于合成氨說法正確是              （填字母）

A．使用催化劑可以提高氮?dú)獾霓D(zhuǎn)化率

B．尋找常溫下的合適催化劑是未來研究的方向

C．由于ΔH<0、ΔS>0，故合成氨反應(yīng)一定能自發(fā)進(jìn)行

(3)最近美國Simons等科學(xué)家發(fā)明了不必使氨先裂化為氫就可直接用于燃料電池的方法。其裝置為用鉑黑作為電極，加入電解質(zhì)溶液中，一個電極通入空氣，另一電極通入氨氣。其電池反應(yīng)為4NH₃+3O₂=2N₂+6H₂O，你認(rèn)為電解質(zhì)溶液應(yīng)顯       性(填“酸性”、“中性"、“堿性”)，寫出負(fù)極電極反應(yīng)式                   。

(4)工業(yè)上凈化處理鉻污染方法之一是：將含K₂Cr₂O₇酸性廢水放入電解槽內(nèi)，加入適量的NaCl，以Fe和石墨為電極進(jìn)行電解。經(jīng)過一段時間后，生成Cr(OH)₃和Fe(OH)₃沉淀除去（已知K_sp[Fe(OH)₃]=4.0×10^-38，K_sp[Cr(OH)₃]=6.0×10^-31）。

已知電解后的溶液中c(Fe³⁺)為2.0×10^-13mol/L，則溶液中c(Cr³⁺)為       mol/L。

 

Answer 1

(1) N₂（g）+3H₂（g）=2NH₃（g）；⊿H= -92.3KJ/mol。（2分）

（2）①K=（1分）減小（1分） ②200℃、100MPa（2分）

壓強(qiáng)太高生產(chǎn)設(shè)備條件難以實(shí)現(xiàn)（2分）  ③B（2分）

（3）堿性（2分） 2NH₃-6e^- +6OH^-=N₂+3H₂O（2分）

（4）3×10^－6 (2)分

解析:（1）消耗氮?dú)獾牧渴?mol×50％＝1mol，故熱化學(xué)方程式為N₂（g）+3H₂（g）

=2NH₃（g）；⊿H= -92.3KJ/mol。

（2）平衡常數(shù)是知在一定條件下可逆反應(yīng)達(dá)到平衡時生成物濃度的冪之積和反應(yīng)物濃

度的冪之積的比值。正反應(yīng)放熱，升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動，平衡常數(shù)減小。根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知在200℃、100Mpa時氨氣的物質(zhì)的量最多，故氫氣的轉(zhuǎn)化率最大。雖然加壓有利于提供氫氣的轉(zhuǎn)化率，但壓強(qiáng)太高生產(chǎn)設(shè)備條件難以實(shí)現(xiàn)。催化劑只能改變反應(yīng)速率，但不能改變化學(xué)平衡狀態(tài)。根據(jù)△G＝△H－T△S知，當(dāng)ΔH<0、ΔS>0時反應(yīng)自發(fā)，但過程但自發(fā)性只能用于判斷過程的方向，不能確定過程是否一定會發(fā)生和過程發(fā)生的速率。所以答案選B。

（3）氨氣易和酸反應(yīng)生成NH₄^＋，所以電解質(zhì)溶液應(yīng)該顯堿性。在反應(yīng)中氨氣失去電子

被氧化，在負(fù)極通入，電極反應(yīng)式是2NH₃－6e^-－+6OH^－=N₂+3H₂O。

（7）根據(jù)K_sp[Fe(OH)₃]=4.0×10^-38，K_sp[Cr(OH)₃]=6.0×10^-31）可知

，所以當(dāng)溶液中c(Fe³⁺)為2.0×10^-13mol/L時，溶液中c(Cr³⁺)為3×10^－6 mol/L。