氮是地球上含量豐富的一種元素,氮及其化合物在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生活中有著重要作用,工業(yè)上采用各種方法進(jìn)行人工固氮合成氮的化合物.
請(qǐng)回答下列問題:
(1)工業(yè)合成氨反應(yīng)的化學(xué)方程式為:N
2(g)+3H
2(g)?2NH
3(g)△H=-92.2kJ/mol.我國合成氨工業(yè)目前的生產(chǎn)條件為:催化劑-鐵觸媒,溫度-400~500℃,壓強(qiáng)-30~50MPa.從化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡角度解釋合成氨工業(yè)中原料氣壓縮到30~50MPa的原因是
.
(2)下表為不同溫度下上述反應(yīng)的平衡常數(shù),由此可推知,表中T
1
573K(填“>”、“<”或“=”).
T/K | T1 | 573 | T3 |
K | 1.00×107 | 2.54×105 | 1.88×103 |
(3)實(shí)驗(yàn)室模擬工業(yè)合成氨的生產(chǎn),在一容積為2L的恒容密閉容器內(nèi)加入0.2mol的N
2和0.6mol的H
2,進(jìn)行如下化學(xué)反應(yīng):N
2(g)+3H
2(g)?2NH
3(g),反應(yīng)中NH
3的物質(zhì)的量濃度的變化情況如圖:
①反應(yīng)至4min達(dá)平衡,根據(jù)如圖,計(jì)算從反應(yīng)開始到平衡時(shí),平均反應(yīng)速率v(N
2)=
.
②下列各項(xiàng)能作為判斷該反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的依據(jù)的是
(填字母).
A.?dāng)嚅_3mol H-H鍵時(shí),形成6mol N-H鍵
B.v(N
2)
正:v(H
2)
正=1:3
C.容器內(nèi)氣體的相對(duì)分子量保持不變
D.容器中氣體的壓強(qiáng)保持不變
③在第5min末將容器的體積縮小一半后,若在第8min末達(dá)到新的平衡(此時(shí)NH
3的濃度約為0.25mol/L),請(qǐng)?jiān)趫D中畫出第5min末達(dá)到此平衡時(shí)NH
3濃度的變化曲線.
(4)合成氨工業(yè)中原料氣H
2可用甲烷在高溫下與水蒸氣反應(yīng)制得,化學(xué)反應(yīng)方程式為:
CH
4(g)+H
2O(g)
CO(g)+3H
2(g).部分物質(zhì)的燃燒熱對(duì)應(yīng)的熱效應(yīng)數(shù)據(jù)如下表:
物 質(zhì) | 燃燒熱(kJ?mol-1) |
H2(g) | △H1 |
CO(g) | △H2 |
CH4(g) | △H3 |
已知:H
2O(g)═H
2O(l)△H
4.寫出CH
4和H
2O在高溫下反應(yīng)的熱化學(xué)方程式中△H=
(用△H
1、△H
2、△H
3、△H
4表示).
(5)工業(yè)合成氨氣需要的反應(yīng)條件非常高且產(chǎn)量低,科學(xué)家采用高質(zhì)子導(dǎo)電性的SCY陶瓷(能傳遞H
+)實(shí)現(xiàn)氨的電化學(xué)合成.電化學(xué)合成氨過程的總反應(yīng)式為:N
2+3H
22NH
3,則在電化學(xué)合成氨的過程中,通N
2的一端應(yīng)接電源的
極,陽極反應(yīng)式為
.