Question

18．合成氨反應是化學上最重要的反應之一：
（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制得，反應中每生成2mol CO₂吸收316kJ熱量，該反應的熱化學方程式是CH₄（g）+2H₂O（g）$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CO₂（g）+4H₂（g）△H=+158kJ•mol^-1該方法制得的原料氣中主要雜質是CO₂，若用K₂CO₃溶液吸收，該反應的離子方程式是CO₃^2-+CO₂+H₂O═2HCO₃^-．
（2）已知N₂（g）+3H₂（g）?2ΝΗ₃（g）△H＜0．如圖是當反應器中按n（N₂）：n（H₂）=1：3投料后，在200℃、400℃、600℃下，反應達到平衡時，混合物中NH₃的物質的量分數(shù)隨壓強的變化曲線，
①曲線a對應的溫度是200℃．
②關于工業(yè)合成氨的反應，下列敘述正確的是ABE（填序號）
A．上圖中M、N、Q點平衡常數(shù)K的大小關系為K（M）=K（Q）＞K（N）
B．加催化劑能加快反應速率但H₂的平衡轉化率不變
C．相同壓強條件下，投料相同，達到平衡所需時間關系為c＞b＞a
D．由曲線a可知，當壓強增加到100MPa以上，NH₃的物質的量分數(shù)可達到100%
E．及時分離出NH₃可以提高H₂的平衡轉化率
③N點時c（NH₃）=0.2mol•L^-1，N點的化學平衡常數(shù)K=$\frac{25}{27}$（精確到小數(shù)點后兩位）．
（3）合成氨工業(yè)中含氨廢水的處理方法之一是電化學氧化法，將含氨的堿性廢水通入電解系統(tǒng)后，在陽極上氨被氧化成氮氣而脫除，陽極的電極反應式為2NH₃-6e^-+6OH^-═N₂+6H₂O．
（4）NH₃可以處理NO₂ 的污染，方程式如下：NO₂+NH₃$?_{加熱}^{催化劑}$N₂+H₂O（未配平）當轉移0.6mol電子時，消耗的NO₂在標準狀況下的體積是3.36L．

Answer 1

分析 （1）生成2mol二氧化碳吸收316kJ熱量，則生成1mol二氧化碳吸收158kJ熱量，根據(jù)反應物、生成物及反應條件、反應熱書寫熱化學方程式；
碳酸鉀和二氧化碳、水反應生成碳酸氫鈉；
（2）①正反應是放熱反應，升高溫度平衡逆向移動，氨氣的含量減小；
②A．K只受溫度影響，溫度不變平衡常數(shù)不變，正反應為放熱反應，升高溫度平衡逆向移動，平衡常數(shù)減小；
B．催化劑只改變反應速率不影響平衡移動；
C．相同壓強條件下，投料相同，溫度越高反應速率越大，反應達到平衡時間越短；
D．可逆反應中存在化學平衡；
E．及時分離出NH₃平衡正向移動；
③根據(jù)反應N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）利用三段式計算出平衡時各物質的濃度，并計算平衡常數(shù)；
（3）生成的無污染的物質為氮氣，根據(jù)電解原理寫出陽極電極反應式；
（4）反應6NO₂+8NH₃$?_{加熱}^{催化劑}$7N₂+12H₂O方程式可知6NO₂～～24mole^-，以此來解答．

解答 解：（1）生成2mol二氧化碳吸收316kJ熱量，則生成1mol二氧化碳吸收158kJ熱量，根據(jù)反應物、生成物及反應條件、反應熱書寫熱化學方程式為；
碳酸鉀和二氧化碳、水反應生成碳酸氫鈉，離子方程式為CO₃^2-+CO₂+H₂O═2HCO₃^-；
故答案為：CH₄（g）+2H₂O（g）$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CO₂（g）+4H₂（g）△H=+158kJ•mol^-1 ；CO₃^2-+CO₂+H₂O═2HCO₃^-；
（2）①合成氨的反應為放熱反應，反應溫度越高，越不利于反應正向進行，曲線a的氨氣的物質的量分數(shù)最高，其反應溫度對應相對最低，所以a曲線對應溫度為200℃；
故答案為：200℃；
②A．平衡常數(shù)與溫度有關，與其他條件無關，溫度相同時平衡常數(shù)相同，反應是放熱反應，溫度越高平衡常數(shù)越小，則M、N、Q點平衡常數(shù)K的大小關系是K（M）=K（Q）＞K（N），故正確；
B．催化劑能同等程度的改變正逆反應速率，但平衡不移動，故正確；
C．相同壓強條件下，投料相同，溫度越高反應速率越大，反應達到平衡時間越短，溫度：a＜b＜c，則達到平衡所需時間關系為c＜b＜a，故錯誤；
D．可逆反應中存在化學平衡，當達到平衡狀態(tài)時正逆反應速率相等，反應物不能完全轉化為生成物，故錯誤；
E．及時分離出NH₃平衡正向移動，則可以提高H₂的平衡轉化率，故正確；
故選ABE；
③N點時氨的物質的量的分數(shù)為20%，利用三段式，設N₂轉化率是b，N₂的起始濃度為a，
根據(jù)反應N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
起始    a       3a         0
轉化    ab       3ab       2ab
平衡   a-ab      3a-3ab      2ab
根據(jù)題意有$\left\{\begin{array}{l}{\frac{2ab}{a-ab+3a-3ab+2ab}=20%}\\{2ab=0.2}\end{array}\right.$，所以a=0.3，b=$\frac{1}{3}$，所以平衡常數(shù)K=$\frac{（2ab）^{2}}{（a-ab）．（3a-3ab）^{3}}$=$\frac{25}{27}$，
故答案為：$\frac{25}{27}$；
（3）利用電解法將NH₃•H₂O轉化為對環(huán)境無污染的物質為氮氣，陽極失去電子發(fā)生氧化反應，電極反應式為：2NH₃-6e^-+6OH^-=N₂+6H₂O，
故答案為：2NH₃-6e^-+6OH^-=N₂+6H₂O；
（4）反應6NO₂+8NH₃$?_{加熱}^{催化劑}$7N₂+12H₂O方程式可知6NO₂～～24mole^-，所以消耗的NO₂在標準狀況下的體積是$\frac{0.6}{24}$×6×22.4L=3.36L，
故答案為：3.36．

點評 本題考查化學平衡計算、電解原理、氧化還原反應計算、化學平衡影響因素等知識點，側重考查學生識圖、分析計算能力，明確化學反應原理是解本題關鍵，知道平衡常數(shù)的計算方法，題目難度中等．