Question

工業(yè)合成氨與制備硝酸一般可連續(xù)生產(chǎn)，流程如下：

完成下列問題：
Ⅰ．合成氨
（1）寫出裝置①中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式：______．
（2）已知在一定的溫度下進(jìn)入裝置①的氮、氫混合氣體與從合成塔出來的混合氣體壓強(qiáng)之比為5：4，則氮的轉(zhuǎn)化率為______．
Ⅱ．氨的接觸氧化原理
（3）在900℃裝置②中反應(yīng)有：?
4NH₃（g）+5O₂（g）?4NO（g）+6H₂O（g）；△H=-905.5kJ?mol^-1 K₁=1×10⁵³ （900℃）
4NH₃（g）+4O₂（g）?4N₂O（g）+6H₂O（g）；△H=-1103kJ?mol^-1　K₂=1×10⁶¹ （900℃）
4NH₃（g）+3O₂（g）?2N₂（g）+6H₂O（g）；△H=-1267kJ?mol^-1　K₃=1×10⁶⁷ （900℃）
除了上列反應(yīng)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．
完成熱化學(xué)方程式：2NO（g）?N₂（g）+O₂（g）；△H=______．
（4）鉑-銠合金催化劑的催化機(jī)理為離解和結(jié)合兩過程，如圖所示：

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(jìn)入氣相中．若沒有使用鉑-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(yīng)有______．
（5）溫度對一氧化氮產(chǎn)率的影響

當(dāng)溫度大于900℃時，NO的產(chǎn)率下降的原因______（選填序號）
A．促進(jìn)了一氧化氮的分解
B．促進(jìn)了氨的分解
C．使氨和一氧化氮的反應(yīng)平衡移動，生成更多N₂
（6）硝酸工業(yè)的尾氣常用Na₂CO₃溶液處理，尾氣的NO、NO₂可全部被吸收，寫出用Na₂CO₃溶液吸收的反應(yīng)方程式______．

Answer 1

解：（1）氮氣的氫氣在催化劑、加熱加壓的條件下生成氨氣的反應(yīng)為：N₂+3H₂ 2NH₃，故答案為：N₂+3H₂ 2NH₃；
（2）解：設(shè)消耗的氮氣的量是x，則N₂ +3H₂ 2NH₃
初始物質(zhì)的量 1 3 0
變化的物質(zhì)的量 x 3x 2x
平衡時的物質(zhì)的量 1-x 3-3x 2x
氮、氫混合氣體與從合成塔出來的混合氣體壓強(qiáng)之比為5：4，即氮、氫混合氣體的物質(zhì)的量之和與從合成塔出來的混合氣體的物質(zhì)的量之和的比為5：4，所以，解得x=0.4mol，所以氮氣的轉(zhuǎn)化率為：×100%=40%，故答案為：40%；
（3）根據(jù)已知反應(yīng)可得：①2NO（g）+3H₂O（g）?2NH₃（g）+O₂（g）；△H=×905.5kJ?mol^-1=452.75kJ?mol^-1，
②2NH₃（g）+O₂（g）?N₂（g）+3H₂O（g）；△H=-1267×kJ?mol^-1=-633.5kJ?mol^-1；
反應(yīng)2NO（g）?N₂（g）+O₂（g）可以看成是①+②的結(jié)果，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；
（4）若沒有使用鉑-銠合金催化劑，氫氣會和氧氣反應(yīng)，使得氮氣和氫氣不能反應(yīng)，說明催化劑具有選擇性，故答案為：氮氣和水蒸氣；選擇性；
（5）由圖象可知在溫度較低時生成氮氣．溫度高于900℃時，NO產(chǎn)率下降是因為反應(yīng)4NH₃+5O₂?4NO+6H₂O是放熱反應(yīng)，達(dá)到平衡后，升溫平衡逆向進(jìn)行，故產(chǎn)率降低，
故答案為：A、B；
（6）尾氣的NO、NO₂可全部被碳酸鈉吸收，其化學(xué)方程式為：NO+NO₂+Na₂CO₃═2NaNO₂+CO₂、2NO₂+Na₂CO₃═NaNO₂+NaNO₃+CO₂，
故答案為：NO+NO₂+Na₂CO₃═2NaNO₂+CO₂ 、2NO₂+Na₂CO₃═NaNO₂+NaNO₃+CO₂．
分析：（1）氮氣的氫氣在催化劑、加熱加壓的條件下生成氨氣；
（2）根據(jù)氮氣氫氣合成氨氣的化學(xué)方程式進(jìn)行計算；
（3）根據(jù)蓋斯定律來計算反應(yīng)的焓變；
（4）催化劑對反應(yīng)的催化作用具有選擇性；
（5）要結(jié)合圖象來進(jìn)行解答，對于生成NO的反應(yīng)，一開始反應(yīng)沒有達(dá)到平衡，當(dāng)NO達(dá)到最高點時，溫度在升高，平衡就向著氨氣減少的方向進(jìn)行，反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率下降．
點評：本題是一道工業(yè)合成氨的綜合性知識題目，可以根據(jù)所學(xué)知識進(jìn)行回答，難度較大．