题目内容

【题目】合成氨是目前最有效工业固氮的方法,解决数亿人口生存问题。回答下列问题:

(1)科学家研究利用铁触媒催化合成氨的反应历程如图所示,其中吸附在催化剂表面的物种用“ad”表示。

由图可知合成氨反应N2(g)+H2(g)NH3(g)H=___ kJ·mol-1。该历程中反应速率最慢的步骤的化学方程式为___

(2)工业合成氨反应为:N2(g)+3H2(g)2NH3(g),当进料体积比V(N2)V(H2)=13时平衡气体中NH3的物质的量分数随温度和压强变化的关系如图所示:

500℃时,反应平衡常数Kp(30MPa)___ Kp(100MPa)。(填<=>

500℃、30MPa时,氢气的平衡转化率为___(保留2位有效数字),Kp=___(MPa)-2(列出计算式)。

(3)科学家利用电解法在常温常压下实现合成氨,工作时阴极区的微观示意如图,其中电解液为溶解有三氟甲磺酸锂和乙醇的惰性有机溶剂。

①阴极区生成NH3的电极方程式为___

②下列说法正确的是___(填标号)。

A.三氟甲磺酸锂的作用是增强导电性

B.该装置用金(Au)作催化剂目的是降低N2的键能

C.选择性透过膜可允许N2NH3通过,防止H2O进入装置

【答案】-46 Nad+3HadNHad+2Had = 33% N2+6e-+6C2H5OH=2NH3+6C2H5O- AC

【解析】

(1)利用盖斯定律,起点为N2(g)+H2(g),终点为NH3(g)H=-46kJ·mol-1。该历程中反应速率最慢反应,是需吸热最多的反应,显然是吸热106 kJ·mol-1的反应。

(2)500℃时,平衡常数不变。

500℃30MPa时,氨气的体积分数为20%,利用三段式,计算氢气平衡转化率及Kp

(3)①从图中看,阴极区N2C2H5OH反应生成NH3C2H5O-

A.从阴极反应看,三氟甲磺酸锂并未参与反应,所以作用是增强导电性;

B.催化剂只能降低反应的活化能,不能降低键能;

C.从图中看,选择性透过膜可允许N2NH3通过,但H2O不能透过。

(1)利用盖斯定律,起点为N2(g)+H2(g),终点为NH3(g)H=-46 kJ·mol-1。所以,合成氨反应N2(g)+H2(g) NH3(g) H=-46 kJ·mol-1。该历程中反应速率最慢的反应,是需吸热最多的反应,显然是吸热106 kJ·mol-1的反应,化学方程式为Nad+3HadNHad+2Had。答案为:利用盖斯定律,起点为N2(g)+H2(g),终点为NH3(g)H=-46kJ·mol-1Nad+3HadNHad+2Had

(2)①因为平衡常数只受温度变化的影响,所以500℃时,反应平衡常数Kp(30MPa)= Kp(100MPa)

②设参加反应N2的物质的量为x,建立三段式为:

x=,则N2的体积分数为=20%H2的体积分数为60%NH3的体积分数为20%

500℃、30MPa时,氢气的平衡转化率为=33%Kp=(MPa)-2

(3)①从图中看,阴极区N2C2H5OH反应生成NH3C2H5O-,电极方程式为N2+6e-+6C2H5OH=2NH3+6C2H5O-

A.从阴极反应看,三氟甲磺酸锂并未参与反应,所以作用是增强导电性,A正确;

B.催化剂只能降低反应的活化能,不能降低键能,B不正确;

C.从图中看,选择性透过膜可允许N2NH3通过,但H2O不能透过,C正确;

故合理选项是AC

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