Question

11．经过科学家的大量研究，工业上氮气和氢气在一定条件下直接化合制得氨．图1是工业合成氨生产的示意图．
①图1中分离出物质X的化学式为NH₃．
②图1中选定500℃、20～50MPa条件的主要原因BC（填字母）
A．温度、压强对化学平衡的影响
B．铁触媒在该温度时活性大
C．工业生产受动力、材料、设备等条件的限制
③改变反应条件，会使平衡发生移动．图2表示随条件改变，氨气的百分含量的变化趋势．
当横坐标为压强时，变化趋势正确的是（选填a、b、c）c；
当横坐标为温度时，变化趋势正确的是（选填a、b、c）a．
④常温下氨气极易溶于水，其水溶液可以导电，请用方程式表示氨气溶于水过程中存在的可逆反应NH₃+H₂O?NH₃•H₂O?NH₄⁺+OH^-．

Answer 1

分析 ①根据题干中的流程图1生产流程知，原料气氮气和氢气，经过氨的合成、氨的分离，循环利用的为氮气和氢气的混合气，分离出的是氨气，据此解答；
②该反应为可逆反应，根据化学平衡移动原理及其生产实际进行解答；
③合成氨反应是一个体积减小反应，可以得出随着压强的增大，平衡向氨气增大的方向移动，结合图象可以知道c符合要求．又因为合成氨反应是一个放热反应，可以得出随着温度的升高，平衡向氨气减少的方向移动，结合图象可以知道a符合要求；
④氨气和水反应生成氨水，氨水电离生成氢氧根离子和铵根离子，据此解答；

解答 解：①合成氨工业有下列流程：原料气制备、原料气净化和压缩、氨的合成、氨的分离，从图1生产流程知，原料气氮气和氢气，经过氨的合成、氨的分离，所以X为氨气，Y为氮气和氢气的混合气，再循环利用，故答案为：NH₃；
②A．升高温度，能使反应速率加快，但该反应正反应为放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向移动，不利于氨的合成；增大压强，能使反应速率加快，反应也向正反应方向移动，但过高的压强，反应成本高，故A错误；
B．实际生产中采用400～500℃的高温，催化剂的催化活性最高，可以增加反应速率，缩短达到平衡的时间；故B正确；
C．合成氨工业的原理是：N₂+3H₂$?_{500℃、铁触煤}^{20-50MPa}$2NH₃△H＜0，从化学平衡的角度看，温度越低，压强越大，越有利于合成氨，工业生产以经济利益最大化为目的，所以工业生产受动力、材料、设备等条件的限制，目前的生产条件为：催化剂-铁触媒，温度-400～500℃，压强-30～50MPa，故C正确；
故答案为：BC．
③合成氨工业的原理是：N₂+3H₂$?_{500℃、铁触煤}^{20-50MPa}$2NH₃△H＜0，因△H＜0，从化学平衡的角度看，正反应为放热反应，温度越低，越有利于合成氨，增加温度，平衡向逆反应方向移动，氨气的百分含量减少；正反应为体积缩小的反应，所以压强越大，越有利于合成氨，增大压强时平衡向右进行，氨气的百分含量增大，结合图象可以知道c符合要求．又因为合成氨反应是一个放热反应，可以得出随着温度的升高，平衡向氨气减少的方向移动，结合图象可以知道a符合要求；答案为：c；a；
④氨气和水反应生成氨水，氨水电离生成氢氧根离子和铵根离子，方程式为：NH₃+H₂O?NH₃•H₂O?NH₄⁺+OH^-，
故答案为：NH₃+H₂O?NH₃•H₂O?NH₄⁺+OH^-；

点评 本题主要考查了合成氨工业，题目综合性强，难度较大，掌握合成氨工业的流程，掌握化学反应速率、化学平衡的移动以及热化学部分的知识，是解答本题的关键．