Question

（15分）1mol水蒸汽和炽热的焦炭反应生成水煤气，反应吸热131.4 kJ ·mol^－1。利用该反应生成的氢气和空气中的氮气合成氨，其反应的△H＜0。氨可以用于制备硝酸。请回答：
（1）生成水煤气的热化学方程式是                          ；
（2）合成氨需要在较大的压力下进行的原因是                          ；
（3）温度过高或过低对合成氨的影响是                          ；
（4）由氨生成HNO₃的各步反应的化学方程式是                          ；
（5）某化肥厂由NH₃制备HNO₃，进而生产硝铵（NH₄NO₃）。假设由氨氧化生成HNO₃的总产率是85%，而HNO₃和NH₃完全反应生成NH₄NO₃。列式计算：
①从NH₃制取NH₄NO₃过程中，用于中和硝酸所需的氨占总的氨消耗量的分数；
②若氨的消耗总量为100 kg，可生产NH₄NO₃的量。

Answer 1

（1）C（s）+H₂O（g）CO（g）+H₂（g），△H =" +131.4" kJ ·mol^－1
（2）合成氨是体积减少的反应，加大压力有利于平衡向生成氨的方向移动
（3）温度过低反应速率慢；合成氨为放热反应，温度过高反应向氨分解的方向进行
（4）4NH₃+5NO4NO+6H₂O，2NO+O₂=2NO₂，3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO
（5）①中和硝酸所需的氨占总的氨消耗量的分数为
②可生产NH₄NO₃：100kg×46%×=216kg

（1）根据题目的叙述和书写热化学方程式的步骤和注意事项，很容易的写出生成水煤气的热化学方程式为C(s)+H₂O(g)CO(g)+H₂(g)，△H =" +131.4" kJ ·mol^－1，注意焦炭的状态为固体，反应吸热△H应为正值，反应的条件可以不用注明。
（2）工业合成氨的化学方程式为N₂(g)＋3H₂(g)2NH₃(g)，反应的特点是：正反应为气体体积减小的放热反应。因此根据平衡移动原理，应采用较大的压强，使平衡向生成氨的方向移动。
（3）在工业上，选择反应条件是既要考虑反应速率，又要考虑反应的产率（即化学平衡）；还要考虑催化剂的催化活性问题。因此在合成氨工业中采用的温度为700K，因为在此温度时催化剂——铁触媒的催化活性最高，同时温度过低反应速率太小，温度过高不利于平衡向生成氨的方向移动。
（4）工业制硝酸采用的是氨氧化法，其反应的化学方程式为4NH₃+5NO4NO+6H₂O，2NO+O₂=2NO₂，3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO。
（5）①根据题目要求可知反应的关系为NH₃～HNO₃、NH₃＋HNO₃=NH₄NO₃，假设中硝酸所用的氨气的物质的量为1 mol，则中的硝酸为1 mol。根据题目生产硝酸时的总产率为85%，则生产这1 mol硝酸利用了氨的物质的量为，所以中和硝酸所需的氨占总的氨消耗量的分数为。
②根据上一问可知100kg氨中用于中和硝酸的氨有100kg×46%=46kg。则
NH₃＋HNO₃=NH₄NO₃
17           80
46kg        m(NH₄NO₃)
所以m(NH₄NO₃)==216kg。