Question

【题目】如图所示是工业生产硝酸铵的流程。

(1)写出N2和H2通过红热的铁纱网生成氨气的反应方程式：_____。

(2)在一定温度和压强下，将H2和N2按3：1(体积比)在密闭容器中混合，当该反应达到平衡时，测得平衡混合气中NH3的气体体积分数为，此时H2的转化率为_____。

(3)设备B中反应的化学方程式为____。

(4)利用以上流程，若N2与H2合成氨时，H2的转化率如上题所求，氨气催化氧化制硝酸时损失20%，其他环节损失忽略不计，则9吨H2最多可制取_____吨硝酸铵。

(5)某课外小组运用原电池原理合成氨，其装置结构如图所示：

该装置的负极为_____(填a或b)，试写出a极的电极反应式_______。

Answer 1

【答案】N2+3H22NH3 60% 4NH3+5O24NO+6H2O 64 b N2+6H++6e-=2NH3

【解析】

从流程图可知，N2和H2在红热铁砂网的催化作用下合成氨气，氨气和空气中的O2在铂铑合金网的催化作用下发生催化氧化生成NO和H2O，将NO和空气、水混合，NO和O2和水反应生成HNO3，然后NH3和HNO3反应生成NH4NO3，

(2) 在一定温度和压强下，气体的体积比等于物质的量之比，假设通入N2的物质的量为1mol，设H2的转化率为x，列出三段式，可算出H2的转化率；

(4)由H2的质量算出转成氨气的质量，氨气催化氧化制硝酸来计算硝酸质量，再依据氨与硝酸按1：1生成硝酸铵，列等式算得硝酸铵的质量；

(5)原电池中负极失电子发生氧化反应，正极得电子发生还原反应。

(1)N2和H2在红热铁砂网的催化作用下合成氨气，化学方程式为：N2+3H22NH3，故答案为：N2+3H22NH3；

(2)在一定温度和压强下，气体的体积比等于物质的量之比，则H2和N2的物质的量之比为3：1，假设通入N2的物质的量为1mol，设H2的转化率为x，列出三段式： ，，解得x=0.6，则H2的转化率为60%，故答案为：60%；

(3)B装置中在Pt-Rh合金网的催化作用下，氨气和氧气发生催化氧化反应生成NO和H2O，化学方程式为：4NH3+5O24NO+6H2O，故答案为：4NH3+5O24NO+6H2O；

(4)N2+3H22NH3，H2的转化率为60%，，9tH2最多可制取氨气的质量为，设被氧化的氨气为xt，氨气催化氧化制硝酸时损失20%，则生成的硝酸为，氨与硝酸按1:1生成硝酸铵，则有，解得x=17，所以硝酸铵的质量为，故答案为64；

(5)电池工作时，电池b处CO失电子被氧化为生成CO2，故负极为b；a极N2得电子被还原生成NH3，电极反应式为：N2+6H++6e-=2NH3，故答案为：b；N2+6H++6e-=2NH3。