Question

15．合成氨是人类科学技术上的一项重大突破，也是化学对社会发展与进步做出的巨大贡献．合成氨的流程图为：

（1）制取氢气的反应为：C+H₂O$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$CO+H₂，CO+H₂O$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$CO₂+H₂．这两个化学反应涉及到的含碳物质中碳元素呈现的价态为0、+2、+4．
（2）写出N₂、H₂反应生成NH₃的化学方程式N₂+3H₂$\frac{\underline{\;\;\;\;\;催化剂\;\;\;\;\;}}{高温、高压}$2NH₃．
（3）流程图中将N₂、H₂循环使用，目的是提高反应物的利用率，节约资源．
（4）将沸点不同的气体分离开来，常采用液化分离法．如，控制温度在-183℃时，可将空气中N₂与O₂分离．根据下表中物质的沸点判断，要将产物NH₃与N₂、H₂分离开来，最适宜的温度应该控制在-33.35℃℃．

物质	H2	N2	O2	NH3
沸点	-252℃	-195.8℃	-183℃	-33.35℃

（5）合成氨需要的氮气来自空气，可用分离液态空气方法得到氮气，这一过程发生的是物理变化，若用化学变化的方法从空气中分离出氮气，你的设计是利用氢气与氮气发生化学反应得到氨气，再利用化学变化将氨气中的氮元素还原出来．

Answer 1

分析 （1）根据元素化合价的计算方法考虑；（2）根据化学方程式的书写方法考虑；（3）根据节省资源考虑；（4）将产物NH₃与N₂、H₂分离开来，最适宜的温度应该控制在-33.35℃；（5）通过化学变化利用氢气与氮气发生化学反应得到氨气，再利用化学变化将氨气中的氮元素还原出来．

解答 解：（1）碳单质中碳元素化合价是0，一氧化碳中碳元素是+2价，二氧化碳中碳元素化合价是+4价；
（2）反应物是氮气、氢气生成物是氨气，用观察法配平即可，所以方程式是：N₂+3H₂$\frac{\underline{\;\;\;\;\;催化剂\;\;\;\;\;}}{高温、高压}$2NH₃
（3）流程图中将N₂、H₂循环使用，目的是提高反应物的利用率，节约资源；
（4）根据表中物质的沸点判断，要将产物NH₃与N₂、H₂分离开来，最适宜的温度应该控制在-33.35℃；
（5）通过化学变化利用氢气与氮气发生化学反应得到氨气，再利用化学变化将氨气中的氮元素还原出来．
故答案为：（1）0、+2、+4；（2）N₂+3H₂$\frac{\underline{\;\;\;\;\;催化剂\;\;\;\;\;}}{高温、高压}$2NH₃；（3）提高反应物的利用率，节约资源；（4）-33.35℃；（5）利用氢气与氮气发生化学反应得到氨气，再利用化学变化将氨气中的氮元素还原出来．

点评 解答本题关键是要熟悉化合价的计算方法，化学方程式的书写方法，并能灵活运用．