Question

15．合成氨工業(yè)及硝酸工業(yè)對工、農生產和國防都有重要意義．請回答：
（1）以N₂和H₂為原料合成氨氣．已知：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）；△H=-92.4kJ•mol^-1，
①合成氨工業(yè)中采取的下列措施可以用勒夏特列原理解釋的是（填選項序號）bd．
a．用鐵觸媒加快化學反應速率           
b．采用較高壓強（20MPa～50MPa）
c．將原料氣中的少量CO等氣體凈化除去
d．將生成的氨液化并及時從體系中分離出來
②一定溫度下，在密閉容器中充入1mol N₂和3mol H₂并發(fā)生反應．
a．若容器容積恒定，達到平衡時氣體的壓強為原來的7/8，N₂的轉化率為а₁，此時，反應放熱為23.1kJ；
b．若容積為4L，當進行到第4分鐘時達到平衡，生成NH₃為1.0mol，則從開始到達平衡時NH₃的平均速率v（NH₃）=0.0625 mol/（L•min）．
c．若容器壓強恒定，則達到平衡時，容器中N₂的轉化率為а₂，則а₂＞а₁（填“＞、＜或=”）．
（2）以氨氣、空氣為主要原料制硝酸．
①NH₃被氧氣催化氧化生成NO的反應的化學方程式是：4NH₃+5O₂ $\frac{\underline{\;催化劑\;}}{△}$4NO+6H₂O．
②硝酸廠常用如下2種方法處理尾氣．
a．催化還原法：催化劑存在時用H₂將NO₂還原為N₂．
已知：2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）：△H=-483.6kJ/mol
N2（g）+2O₂（g）=2NO₂（g）：△H=+67.7kJ/mol
則H₂還原NO₂生成水蒸氣反應的熱化學方程式是4H₂（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+4H₂O（g）；△H=-1034.9 kJ/mol．
b．堿液吸收法：用Na₂CO₃溶液吸收NO₂生成CO₂．
若每9.2gNO₂和Na₂CO₃溶液反應時轉移電子數(shù)為0.1mol，則反應的離子方程式是2NO₂+CO₃^2-=NO₃^-+NO₂^-+CO₂．
（3）隨著對合成氨研究的發(fā)展，希臘科學家采用高質子導電性的SCY陶瓷（能傳遞H⁺）為介質，用吸附在它內外表面上的金屬鈀多晶薄膜做電極，實現(xiàn)了常壓、570℃條件下高轉化率的電解法合成氨（裝置如圖）．鈀電極A是電解池的陰極（填“陽”或“陰”），該極上的電極反應式是：N₂+6e^-+6H⁺═2NH₃．

Answer 1

分析 （1）①化學平衡移動原理是指溫度、濃度、壓強等因素對化學平衡的移動造成的影響；
②a．根據(jù)三行式來求參加反應的氮氣的物質的量，然后根據(jù)反應熱得反應放熱；
b．根據(jù)公式v=$\frac{△c}{△t}$進行計算求解；
c．若容器壓強恒定，相當在容器容積恒定的基礎上增大壓強；
（2）①NH₃被氧氣催化氧化生成NO的反應的化學方程式是4NH₃+5O₂ $\frac{\underline{\;催化劑\;}}{△}$4NO+6H₂O；
②根據(jù)蓋斯定律，由已知熱化學方程式乘以適當?shù)南禂?shù)進行加減，反應熱也處于相應的系數(shù)進行相應的加減，求解；
b．根據(jù)n=$\frac{m}{M}$計算NO₂的物質的量，反應中只有NO₂中N元素化合價發(fā)生變化，發(fā)生歧化反應，有生成NO₃^-，根據(jù)注意電子數(shù)計算生成NO₃^-的物質的量，再根據(jù)電子轉移守恒計算N元素在還原產物中的化合價，判斷還原產物，據(jù)此書寫；
（3）鈀電極A上獲得電子與B電極產生的氫離子生成氨氣，發(fā)生還原反應，為電解池的陰極．

解答 解：（1）①a．用鐵作催化劑加快化學反應速率，催化劑不能使平衡移動，使用催化劑是為了加快化學反應速率，用勒夏特列原理無法解釋，故錯誤；
b．采用較高壓強（20Mpa-50MPa），合成氨是氣體體積減小的反應，加壓至20～50MPa，有利于化學平衡正向移動，有利于氨的合成，故正確；
c．將原料氣中的少量CO等氣體凈化除去，平衡不移動，故正確；
d．將生成的氨液化并及時從體系中分離出來能用勒夏特列原理解釋，故正確；
故選bd；
②a．根據(jù)壓強之比等于物質的量之比，故反應后容器內混合氣體總的物質的量=4mol×$\frac{7}{8}$=3.5mol，則：
N₂+3H₂=2NH₃ 物質的量減少△n
1             1+3-2=2
n（N₂） 4mol-3.5mol=0.5mol
故n（N₂）=0.5mol×$\frac{1}{2}$=0.25mol，
所以反應熱為：0.25mol×92.4kJ•mol^-1=23.1 kJ，故答案為：23.1；
b．根據(jù)公式v=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{\frac{1mol}{4L}}{4min}$=0.0625 mol/（L•min），故答案為：0.0625 mol/（L•min）；
c．若容器壓強恒定，相當在容器容積恒定的基礎上增大壓強，增大壓強平衡正向移動，氮氣的轉化率增大，故答案為：＞；
（2）①NH₃被氧氣催化氧化生成NO的反應的化學方程式是4NH₃+5O₂ $\frac{\underline{\;催化劑\;}}{△}$4NO+6H₂O，故答案為：4NH₃+5O₂ $\frac{\underline{\;催化劑\;}}{△}$4NO+6H₂O；
②已知：2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）：△H=-483.6kJ/mol～～①
N₂（g）+2O₂（g）=2NO₂（g）：△H=+67.7kJ/mol～～②
由蓋斯定律可知：將2①-②得：4H₂（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+4H₂O（g）；△H=-1034.9 kJ/mol，故答案為：4H₂（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+4H₂O（g）；△H=-1034.9 kJ/mol；
b．9.2gNO₂的物質的量=$\frac{9.2}{46}$mol=0.2mol，反應中只有NO₂中N元素化合價發(fā)生變化，發(fā)生歧化反應，有生成NO₃^-，
0.2mol二氧化氮轉移電子的物質的量是0.1mol，故生成的NO₃^-的物質的量為$\frac{0.1mol}{5-4}$=0.1mol，故被還原的氮原子物質的量為0.2mol-0.1mol=0.1mol，令N元素在還原產物中的化合價為x價，則0.1mol×（4-x）=0.1mol，解得x=+3，故還原產物為NO₂^-，且生成的NO₃^-和NO₂^-物質的量之比為1：1，同時反應生成CO₂，故二氧化氮和碳酸鈉溶液反應的離子反應方程式為：2NO₂+CO₃^2-=NO₃^-+NO₂^-+CO₂，故答案為：2NO₂+CO₃^2-=NO₃^-+NO₂^-+CO₂；
（3）鈀電極A上獲得電子與B電極產生的氫離子生成氨氣，發(fā)生還原反應，為電解池的陰極，陰極電極反應式為：N₂+6e^-+6H⁺═2NH₃，
故答案為：陰； N₂+6e^-+6H⁺═2NH₃．

點評 本題以合成氨為載體，考查化學平衡的移動原理及影響因素、反應速率計算熱化學方程式、電解原理等，題目比較綜合，側重考查學生對知識的遷移應用，難度中等．