题目内容
(Ⅰ)德国人哈伯在1905年发明的合成氨反应原理为:N2(g)+3H2(g) 2NH3(g);已知298 K时,ΔH=-92.4 kJ·mol-1,ΔS=-198.2 J·mol-1·K-1.试回答下列问题:
(1)请根据正反应的焓变和熵变计算分析298 K下合成氨反应能自发进行(列出算式即可)___________________.其浓度熵(Qc) __________________化学平衡常数(Kc)(填“大于”“等于”或“小于”)时,反应向右进行.
(2)在实际工业合成氨生产中采取的措施是__________________ (填序号).
A.采用较低压强
B.采用800 K左右的高温
C.用铁触媒作催化剂
D.将生成的氨液化并及时从体系中分离出来,N2和H2循环到合成塔中并补充N2和H2
(3)如下图所示是实验室模拟工业法合成氨的简易装置,简述检验有氨气生成的方法
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________.
(Ⅱ)硝酸是一种重要的化工原料,工业上通常采用氨氧化法制取.某校化学兴趣小组的同学设计了如下图所示装置利用中学实验室常见试剂制取NH3,并以空气,NH3为原料模拟工业制HNO3(三氧化二铬为催化剂,加热及夹持装置未画出):
回答下列问题:
(1)实验时,A,C两装置均需加热,应先加热______________装置,原因是___________________;
(2)D装置中应填充的物质是______________,该物质的主要作用是______________;
(3)E装置的作用是______________,F,G装置中的物质分别是______________、______________;
(4)若保留上图中黑色粗线框内的装置但去掉通空气的导管B,将C装置中的双孔橡皮塞换成单孔橡皮塞,请你用图示的方法设计一个最简单的实验方案同样完成硝酸的制取(在如下图所示的方框中画出装置图并注明所用药品的名称).
Ⅰ.(1)ΔH-TΔS=-92.4 kJ·mol-1-298 K×(-198.2×10-3) kJ·mol-1·K-1<0 小于
(2)BCD
(3)用湿润的红色石蕊试纸放在导管口处,若试纸变蓝,说明有氨气生成
Ⅱ.(1)C 使催化剂达到适宜温度,提高NH3的转化率
(2)P2O5或无水CaCl2 除去C中未反应的氨气
(3)安全瓶,防止倒吸 水 NaOH溶液
(4)如右图
解析:
本题为实验题,第Ⅰ部分考查了化学反应方向的判断问题,该问题为新教材新增知识点.依据ΔH-TΔS代入数值经计算为小于0,故能自发进行.在实际合成氨生产中,结合催化剂的催化活性,综合考虑反应速率和转化率的问题,选定800 K左右的高温,且将生成的NH3及时分离,补充N2和H2以利于反应向生成NH3的方向进行.实验室检验氨气的方法可用湿润的红色石蕊试纸放在导管口处,看是否变蓝色.
第Ⅱ部分为模拟工业制硝酸的实验.因氨气的催化氧化需要在一定的温度下进行,故应提前将催化剂加热,提高NH3的转化率,在吸收前设计了除去未反应的氨气的装置;另外题目还设计了防倒吸装置及尾气处理装置.最后一小题让考生设计能将NH3和空气混合气一次制取的最简单方案,故可设计将空气通入浓氨水中,带出氨气的方法.
(15分)氨是最重要的氮肥,是产量最大的化工产品之一。课本里介绍的合成氨技术叫哈伯法,是德国人哈伯在1905年发明的,其合成原理为:N2(g)+3H2(g) 2NH3(g);△H<0他因此获得了1918年诺贝尔化学奖。工业上合成氨的部分工艺流程如下:
气体 |
氮气 |
氢气 |
氨 |
熔点(℃) |
-210.01 |
-252.77 |
-77.74 |
沸点(℃) |
-195.79 |
-259.23 |
-33.42 |
反应体系中各组分的部分性质见上表:
(1)合成氨反应的平衡常数很小,所以在工业上采取气体循环的流程。即反应后通过把混合气体的温度降低到 ℃使混合气体分离出来产品;继续循环的气体是 。
(2)工业上采取用上述(1)操作的目的:
。
(3)已知拆开1molH-H键,1molN-H键,1molN≡N键分别需要的能量是436kJ、391kJ、946kJ,则N2与H2反应生成NH3的热化学方程式为________________________ 。
(4)合成氨工业对国民经济和社会发展具有重要的意义。对于密闭容器中的反应: N2(g)+3H2(g)2NH3(g),在673K,30MPa下n(NH3)和n(H2)随时间变化的关系如下图所示。下列叙述正确的是
A.点a的正反应速率比点b的大
B.点 c处反应达到平衡
C.点d (t1时刻) 和点 e (t2时刻) 处n(N2)不一样
D.其他条件不变,773K下反应至t1时刻, n(H2)比上图中d点的值大