题目内容

工业合成氨与制备硝酸一般可连续生产，流程如下：

（1）工业生产时，制取氢气的一个反应为：CO+H2O（g）?CO2+H2．t℃时，往1L密闭容器中充入0.2mol CO和0.3mol水蒸气．反应建立平衡后，体系中c（H2）=0.12mol?L-1．该温度下此反应的平衡常数K=______（填计算结果）．
（2）合成培中发生反应N2（g）+3H2（g）?2NH3（g）△H＜0．下表为不同温度下该反应的平衡常数．由此可推知，表中T1______300℃（填“＞”、“＜”或“=”）．
T/℃T1300T2
K1.00×1072.45×1051.88×103
（3）N2和H2在铁作催化剂作用下从145℃就开始反应，不同温度下NH3产率如图所示．温度高于900℃时，NH3产率下降的原因______．
（4）在上述流程图中，氧化炉中发生反应的化学方程式为______△4NO+6H2O
【答案】分析：（1）根据平衡常数表达式以及各种物质的浓度知识来回答；
（2）温度和平衡常数间的关系取决于平衡受温度的影响情况；
（3）对于放热反应，温度升高，则化学平衡向逆向移动；
（4）氨的催化氧化产物是一氧化氮和水；
（5）根据盖斯定律来计算反应的焓变，进而书写热化学方程式；
（6）氨气在纯氧中燃烧，生成氮气和水，燃料电池中，燃料做负极．
解答：解：（1）根据题意：CO+H2O（g）?CO2 +H2
        初始浓度：0.2     0.3             0      0
        变化浓度：0.12    0.12          0.12     0.12
    平衡时的浓度：0.08    0.18           0.12    0.12
则K==1，故答案为：1；
（2）对于放热反应，温度越高，则化学平衡逆向移动，导致平衡常数减小，所以T1＜300℃，故答案为：＜；
（3）对于放热反应，温度升高，则化学平衡向逆向移动，所以氨气的产率减小，故答案为：温度高于900℃时，平衡向左移动；
（4）氧化炉中是氨的催化氧反应，方程式为：4NH3+5O24NO+6H2O，故答案为：4NH3+5O24NO+6H2O；
（5）根据题意：①CH4（g）+2NO2（g）═2NO（g）+CO2（g）+H2O（g）△H=×（-574kJ?mol-1）=-287kJ?mol-1；
CH4（g）+2NO（g）═N2（g）+CO2（g）+H2O（g）△H=×（-1160kJ?mol-1）=-580kJ?mol-1；
根据盖斯定律反应CH4（g）+2NO2（g）═N2（g）+CO2（g）+2H2O（g）可以看成是①+②，所以△H=-287kJ?mol-1-580kJ?mol-1=-867kJ?mol-1，
故答案为：CH4（g）+2NO2（g）═N2（g）+CO2（g）+2H2O（g）△H=-867kJ?mol-1；
（6）氨气在纯氧中燃烧，生成氮气和水，化学方程式为：4NH3+5O2=4N2+6H2O，在燃料电池中，燃料做负极，则通入氨气的电极是负极，碱性条件下，该电极发生反应的电极反应式为NH3-6e-+6OH-→N2+6H2O，故答案为：4NH3+5O24N2+6H2O；负极；NH3-6e-+6OH-→N2+6H2O．
点评：本题是一道工业合成氨的综合性知识题目，可以根据所学知识进行回答，难度较大．
练习册系列答案
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工业合成氨与制备硝酸一般可连续生产，流程如下：

（1）工业生产时，制取氢气的一个反应为：CO+H2O（g）?CO2+H2
①t℃时，往1L密闭容器中充入0.2mol CO和0.3mol水蒸气．反应建立平衡后，体系中c（H2）=0.12mol?L-1．该温度下此反应的平衡常数K=
1
1
 （填计算结果）．
②保持温度不变，向上述平衡体系中再加入0.1molCO，当反应重新建立平衡时，水蒸气的转化率α（H2O）=
50%
50%
．
   （2）合成塔中发生反应N2（g）+3H2（g）?2NH3（g）；△H＜0．下表为不同温度下该反应的平衡常数．由此可推知，表中
T1
＜
＜
573K（填“＞”、“＜”或“=”）．
（3）NH3和O2在铂系催化剂作用下从145℃就开始反应：4NH3（g）+5O2（g）?4NO（g）+6H2O（g）△H=-905kJ?mol-1，不同温度下NO产率如右图所示．温度高于900℃时，NO产率下降的原因
温度高于900℃时，平衡向左移动
温度高于900℃时，平衡向左移动
．
（4）废水中的N、P元素是造成水体富营养化的关键因素，农药厂排放的废水中常含有较多的NH4+和PO43-，一般可以通过两种方法将其除去．
①方法一：将Ca（OH）2或CaO 投加到待处理的废水中，生成磷酸钙，从而进行回收．当处理后的废水中c（Ca2+）=2×10-7 mol/L时，溶液中c（PO43-）=
5×10-7
5×10-7
mol/L．
（已知Ksp[Ca3（PO4）2]=2×10-33）
②方法二：在废水中加入镁矿工业废水，就可以生成高品位的磷矿石-鸟粪石，反应的方程式为Mg2++NH4++PO43-=MgNH4PO4↓．该方法中需要控制污水的pH为7.5～10，若pH高于10.7，鸟粪石的产量会大大降低．其原因可能为
当pH高于10.7时，溶液中的Mg2+、NH4+会与OH-反应，平衡向逆反应方向移动
当pH高于10.7时，溶液中的Mg2+、NH4+会与OH-反应，平衡向逆反应方向移动
．与方法一相比，方法二的优点为
能同时除去废水中的氮，充分利用了镁矿工业废水
能同时除去废水中的氮，充分利用了镁矿工业废水
．
（2011?石景山区一模）工业合成氨与制备硝酸一般可连续生产，流程如下：

（1）工业生产时，制取氢气的一个反应为：CO+H2O（g）?CO2+H2．t℃时，往1L密闭容器中充入0.2mol CO和0.3mol水蒸气．反应建立平衡后，体系中c（H2）=0.12mol?L-1．该温度下此反应的平衡常数K=
1
1
（填计算结果）．
（2）合成培中发生反应N2（g）+3H2（g）?2NH3（g）△H＜0．下表为不同温度下该反应的平衡常数．由此可推知，表中T1
＜
＜
300℃（填“＞”、“＜”或“=”）．
T/℃ T1 300 T2
K 1.00×107 2.45×105 1.88×103
（3）N2和H2在铁作催化剂作用下从145℃就开始反应，不同温度下NH3产率如图所示．温度高于900℃时，NH3产率下降的原因
温度高于900℃时，平衡向左移动
温度高于900℃时，平衡向左移动
．
（4）在上述流程图中，氧化炉中发生反应的化学方程式为
4NH3+5O2
催化剂
.
△
4NO+6H2O
4NH3+5O2
催化剂
.
△
4NO+6H2O
．
（5）硝酸厂的尾气含有氮的氧化物，如果不经处理直接排放将污染空气．目前科学家探索利用燃料气体中的甲烷等将氮的氧化物还原为氮气和水，反应机理为：
CH4（g）+4NO2（g）═4NO（g）+CO2（g）+2H2O（g）△H=-574kJ?mol-1
CH4（g）+4NO（g）═2N2（g）+CO2（g）+2H2O（g）△H=-1160kJ?mol-1
则甲烷直接将N02还原为N2的热化学方程式为：
CH4（g）+2NO2（g）═N2（g）+CO2（g）+2H2O（g）△H=-867kJ?mol-1
CH4（g）+2NO2（g）═N2（g）+CO2（g）+2H2O（g）△H=-867kJ?mol-1
．
（6）氨气在纯氧中燃烧，生成一种单质和水，试写出该反应的化学方程式
4NH3+5O2
 点燃 
.
 
4N2+6H2O
4NH3+5O2
 点燃 
.
 
4N2+6H2O
，科学家利用此原理，设计成氨气一氧气燃料电池，则通入氨气的电极是
负极
负极
 （填“正极”或“负极”）；碱性条件下，该电极发生反应的电极反应式为
2NH3-6e-+6OH-→N2+6H2O
2NH3-6e-+6OH-→N2+6H2O
．
（2011?镇江一模）工业合成氨与制备硝酸一般可连续生产，流程如下：

完成下列问题：
Ⅰ．合成氨
（1）写出装置①中发生反应的化学方程式：
N2+3H2
催化剂
加热、加压
2NH3
N2+3H2
催化剂
加热、加压
2NH3
．
（2）已知在一定的温度下进入装置①的氮、氢混合气体与从合成塔出来的混合气体压强之比为5：4，则氮的转化率为
40%
40%
．
Ⅱ．氨的接触氧化原理
（3）在900℃装置②中反应有：?
4NH3（g）+5O2（g）?4NO（g）+6H2O（g）；△H=-905.5kJ?mol-1 K1=1×1053 （900℃）
4NH3（g）+4O2（g）?4N2O（g）+6H2O（g）；△H=-1103kJ?mol-1  K2=1×1061 （900℃）
4NH3（g）+3O2（g）?2N2（g）+6H2O（g）；△H=-1267kJ?mol-1  K3=1×1067 （900℃）
除了上列反应外，氨和一氧化氮相互作用：
4NH3（g）+6NO（g）?5N2（g）+6H2O（g）；△H=-1804kJ?mol-1，还可能发生氨、一氧化氮的分解．
完成热化学方程式：2NO（g）?N2（g）+O2（g）；△H=
-180.75 kJ?mol-1
-180.75 kJ?mol-1
．
（4）铂-铑合金催化剂的催化机理为离解和结合两过程，如图所示：

由于铂对NO和水分子的吸附力较小，有利于氮与氧原子结合，使得NO和水分子在铂表面脱附，进入气相中．若没有使用铂-铑合金催化剂，氨氧化结果将主要生成
氮气和水蒸气
氮气和水蒸气
．说明催化剂对反应有
选择性
选择性
．
（5）温度对一氧化氮产率的影响

当温度大于900℃时，NO的产率下降的原因
A、B
A、B
（选填序号）
A．促进了一氧化氮的分解
B．促进了氨的分解
C．使氨和一氧化氮的反应平衡移动，生成更多N2
（6）硝酸工业的尾气常用Na2CO3溶液处理，尾气的NO、NO2可全部被吸收，写出用Na2CO3溶液吸收的反应方程式
NO+NO2+Na2CO3═2NaNO2+CO2、2NO2+Na2CO3═NaNO2+NaNO3+CO2
NO+NO2+Na2CO3═2NaNO2+CO2、2NO2+Na2CO3═NaNO2+NaNO3+CO2
．
（2009?宿迁模拟）工业合成氨与制备硝酸一般可连续生产，流程如图1：

在800℃、铂催化剂存在条件下，氨与氧气反应的主要产物是NO 和H2O．在实际生产中氨的氧化率与混合气中氧氨比（氧气与氨气物质的量比，以γ{n（O2）/n（NH3）}表示）的关系如图2所示．
请回答下列各题：
（1）若氨氧化率达到100%，理论上γ{n（O2）/n （NH3）}为1.25，而实际生产要将γ值维持在1.7～2.2之间，其原因是
一方面提高氧气量，增大氨的氧化率；另方面γ值在该范围，氨的氧化率已高达95～99%，再提高，氨的氧化率上升空间已有限，反而会增加能耗，提高生产成本
一方面提高氧气量，增大氨的氧化率；另方面γ值在该范围，氨的氧化率已高达95～99%，再提高，氨的氧化率上升空间已有限，反而会增加能耗，提高生产成本
．
（2）若使氨的氧化率达到95%，应控制氨在氨、空气混合气体中的体积分数约为
10.5%
10.5%

（设氧气占空气的体积分数为20%）．将γ=1.75的氨、空气混合气体通入800℃、盛有铂催化剂的氧化炉，充分反应后导入到吸收塔的气体的主要成分是
N2、NO2、H2O
N2、NO2、H2O
．
（3）现以a mol NH3和足量空气为原料（不考虑N2的反应）最大程度制取NH4NO3，经过一系列转化反应后，向反应后的混合物中加入b g水，得到密度为ρ g?mL-1的溶液，计算该溶液中NH4NO3物质的量浓度可能的最大值
500aρ
49a+b
mol?L-1
500aρ
49a+b
mol?L-1
．
工业合成氨与制备硝酸一般可连续生产，流程如图：
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（1）工业生产时，制取氢气的一个反应为：CO（g）+H2O（g）?CO2（g）+H2（g）．t℃时，往10L密闭容器中充入2mol CO和3mol水蒸气．反应建立平衡后，体系中c（H2）=0.12mol?L-1．则该温度下此反应的平衡常数K=
 
（填计算结果）．
（2）合成塔中发生反应N2（g）+3H2（g）?2NH3（g）△H＜0．下表为不同温度下该反应的平衡常数．由此可推知，表中T1
 
300℃（填“＞”、“＜”或“=”）．
T/℃ T1 300 T2
K 1.00×107 2.45×105 1.88×103
（3）氨气在纯氧中燃烧生成一种单质和水，科学家利用此原理，设计成“氨气-氧气”燃料电池，则通入氨气的电极是
 
（填“正极”或“负极”）；碱性条件下，该电极发生反应的电极反应式为
 
．
（4）用氨气氧化可以生产硝酸，但尾气中的NOx会污染空气．目前科学家探索利用燃料气体中的甲烷等将氮的氧化物还原为氮气和水，反应机理为：
CH4（g）+4NO2（g）═4NO（g）+CO2（g）+2H2O（g）△H=-574kJ?mol-1
CH4（g）+4NO（g）═2N2（g）+CO2（g）+2H2O（g）△H=-1160kJ?mol-1
则甲烷直接将NO2还原为N2的热化学方程式为
 
．
（5）某研究小组在实验室以“Ag-ZSM-5”为催化剂，测得将NO转化为N2的转化率随温度变化情况如下图．据图分析，若不使用CO，温度超过775℃，发现NO的转化率降低，其可能的原因为
 
；在
n(NO)
n(CO)
=1的条件下，应控制的最佳温度在
 
左右．
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