Question

工業(yè)合成氨與制備硝酸一般可連續(xù)生產(chǎn)，流程如圖甲所示：
請回答下列問題：
I．合成氨
（1）已知在一定的溫度下進入裝置①的氮、氫混合氣體（按理論計量比混合）與從裝置①出來的混合氣體壓強之比為5：4，則氮氣的轉(zhuǎn)化率為

 

．
II．氨的接觸氧化原理
已知1：在900℃時，裝置②中反應有：
4NH₃（g）+5O₂（g）?4NO（g）+6H₂O（g）；△H=-905.5kJ?mol^-1（900℃）
4NH₃（g）+4O₂（g）?2N₂O（g）+6H₂O（g）；△H=-1103kJ?mol^-1（900℃）
4NH₃（g）+3O₂（g）?2N₂（g）+6H₂O（g）；△H=-1267kJ?mol^-1（900℃）
除了上列反應外，氨和一氧化氮相互作用：
4NH₃（g）+6NO（g）?5N₂（g）+6H₂O（g）；△H=-1804kJ?mol^-1，還可能發(fā)生氨、一氧化氮的分解．
已知2：鉑一銠合金催化劑的催化機理為離解和結(jié)合兩過程，如圖乙所示：由于鉑對NO和水分子的吸附力較小，有利于氮與氧原子結(jié)合，使得NO和水分子在鉑表面脫附，進入氣相中．請回答第（2）（3）小題：
（2）完成熱化學方程式：2NO（g）?N₂（g）+O₂（g）；△H=

 

．
（3）若沒有使用鉬一銠合金催化劑，氨氧化結(jié)果將主要生成

 

．說明催化劑對反應有

 

（4）溫度對一氧化氮產(chǎn)率的影響（圖丙）
當溫度大于900℃時，NO的產(chǎn)率下降的原因

 

（選填序號）．
A．促進了一氧化氮的分解   B．促進了氨的分解
C．使氨和一氧化氮的反應平衡移動，生成更多N₂．

Answer 1

考點：有關反應熱的計算,化學平衡的影響因素

專題：化學反應中的能量變化,化學平衡專題

分析：（1）令起始氮氣為1mol、氫氣為3mol，利用壓強之比等于物質(zhì)的量之比計算從裝置①出來的混合氣體的物質(zhì)的量，利用差量法計算參加反應氮氣的物質(zhì)的量，再根據(jù)轉(zhuǎn)化率定義計算；
（2）由已知熱化學方程式，根據(jù)蓋斯定律構(gòu)造目標熱化學方程式，據(jù)此計算；
（3）沒有使用鉑-銠合金催化劑，氫氣和氧氣反應，氮氣和氫氣不能反應，說明催化劑具有選擇性；
（4）由圖象可知，溫度高于900℃時，NO的產(chǎn)率降低，氮氣的產(chǎn)率增大，各反應為放熱反應，高溫下不利于向正反應進行，應是氨氣、NO分解導致．

解答： 解：（1）令起始氮氣為1mol、氫氣為3mol，則從裝置①出來的混合氣體的物質(zhì)的量為（1mol+3mol）×

4

5

=3.2mol，設消耗的氮氣的量是x，則：
N₂ +3H₂?2NH₃ 物質(zhì)的量減少
1   3      2     2
x            4mol-3.2mol=0.8mol 
故x=0.4mol，
氮氣的轉(zhuǎn)化率=

0.4mol

1mol

×100%=40%，
（2）根據(jù)反應可得：①2NO（g）+3H₂O（g）?2NH₃（g）+

5

2

O₂（g）△H=

1

2

×905.5kJ?mol^-1=452.75kJ?mol^-1，
②2NH₃（g）+

3

2

O₂（g）?N₂（g）+3H₂O（g）△H=-1267×

1

2

kJ?mol^-1=-633.5kJ?mol^-1；
根據(jù)蓋斯定律，①+②得2NO（g）?N₂（g）+O₂（g），所以△H=-633.5kJ?mol^-1+452.75kJ?mol^-1=-180.75 kJ?mol^-1，
故答案為：-180.75 kJ?mol^-1；
（3）若沒有使用鉑-銠合金催化劑，氫氣會和氧氣反應生成水，氮氣和氫氣不能反應，主要生成氮氣與水蒸氣，說明催化劑具有選擇性，
故答案為：氮氣和水蒸氣；選擇性；
（4）各反應為放熱反應，高溫下不利于向正反應進行，氮氣的產(chǎn)率會降低，由圖象可知，溫度高于900℃時，NO的產(chǎn)率降低，氮氣的產(chǎn)率增大，故溫度高于900℃時應是氨氣、NO分解導致NO產(chǎn)率降低，
故答案為：AB．

點評：本題是一道工業(yè)合成氨的綜合性題目，涉及化學平衡計算、反應熱的計算、圖象分析等，（4）中注意根據(jù)NO、氮氣的產(chǎn)率變化結(jié)合溫度對平衡的影響分析解答，難度較大．