Question

【题目】（一）合成氨工艺（流程如图1所示）是人工固氮最重要的途径。2018年是合成氨工业先驱哈伯（F·Haber)获得诺贝尔奖100周年。

N2和H2生成NH3的反应为：N2(g)＋H2(g)NH3(g)△H(298K)=－46.2kJ·mol－1

在Fe催化剂作用下的反应历程为（*表示吸附态）

化学吸附：N2(g)→2N*；H2(g)2H*

表面吸附：N*+H*NH*；NH*+H*NH2*；NH2*+H*NH3*

脱附：NH3*NH3(g)

其中,N2的吸附分解反应活化能高、速率慢，决定了合成氨的整体反应速率。

请回答：

（1）利于提高合成氨平衡产率的条件有_______________

A.低温B.高温C.低压D.高压E.催化剂

（2）标准平衡常数，其中为标准压强1×105Pa，、和为各组分的平衡分压，如=p,p为平衡总压，为平衡系统中NH3的物质的量分数

①N2和H2起始物质的量之比为1：3，反应在恒定温度和标准压强下进行,NH3的平衡产率为ω，则=____________（用含ω的最简式表示）

②图中可以示意标准平衡常数K随温度T变化趋势的是____________

（3）实际生产中，常用工艺条件：Fe作催化剂，控制温度773K、压强3.0×107Pa,原料气中N2和H2物质的量之比为1：2.8

①分析说明原料气中N2过量的理由____________

②关于合成氨工艺的下列理解，正确的是____________

A.合成氨反应在不同温度下的△H和△S都小子零

B.控制温度(773K)远高于室温，是为了保证尽可能高的平衡转化率和快的反应速率

C.当温度、压强一定时，在原料气（N2和H2的比例不变）中添加少量惰性气体，有利于提高平衡转化率

D.基于NH3有较强的分子间作用力可将其液化，不断将液氨移去，利于反应正向进行

E.分离空气可得N2，通过天然气和水蒸气转化可得H2，原料气须经过净化处理，以防止催化剂中毒和安全事故发生

（二）高铁酸钾（K2FeO4）可用作水处理剂口某同学通过“化学一电解法”探究K2FeO4的合成，其原理如图2所示．接通电源，调节电压，将一定量C12通入KOH溶液，然后滴入含Fe3＋的溶液，控制温度，可制得K2FeO4

（1）请写出“化学法”得到FeO42一的离子方程式____________

（2）请写出阳极的电极反应式（含FeO42－）____________

Answer 1

【答案】AD A 原料气中N2相对易得，适度过量有利于提高H2的转化率；N2在Fe催化剂上吸附是决速步骤，适度过量有利于提高整体反应速率 ADE 2Fe3++3ClO-+10OH-=2FeO42-+3Cl-+5H2O或2Fe(OH)3+3ClO-+4OH-=2FeO42-+3Cl-+5H2O Fe3++8OH--3e-=FeO42-+4H2O或Fe(OH)3+5OH--3e-=FeO42-+4H2O

【解析】

(一)(1)由勒夏特列原理可知，根据反应N2(g)＋H2(g)NH3(g)△H(298K)=-46.2kJ/mol，为了提高合成氨平衡产率，即平衡正向移动，低温和高压符合条件，故答案为：AD；

(2)①结合题干信息，可建立三段式：

x(NH3)%=；x(N2)%=；x(H2)%=

，化简得，故答案为：；

②反应N2(g)+H2(g)NH3(g) △H(298K)=-46.2kJ/mol为放热反应，温度T升高，平衡向逆反应方向移动，K0减小，InK0也减小，InK0与温度不成正比，故答案为：A；

(3)①由反应N2(g)+H2(g)NH3(g)可知，加过量氮气，有利于平衡正向移动，提高H2的转化率以及氨气的产率，同时根据题干“N2的吸附分解反应活化能高、速率慢，决定了合成氨的整体反应速率。”可知，N2在Fe催化剂上的吸附是决速步骤，适度过量有利于提高整体反应速率，故答案为：原料气中N2相对易得，适度过量有利于提高H2的转化率；N2在Fe催化剂上吸附是决速步骤，适度过量有利于提高整体反应速率；

②A. 由合成氨的反应N2(g)+H2(g)NH3(g) △H(298K)=-46.2kJ/mol可知，该反应的气体含量减少，混乱程度降低，即△S小于零，A正确；

B．控制温度远高于室温是为了保证催化剂的活性，提高反应速率，并非为了保证尽可能高的平衡转化率和快的反应速率，B错误；

C．恒压条件充入少量惰性气体，相当于减压，平衡逆向移动，不利于提高平衡转化率，C错误；

D．不断将氨气液化，生成物浓度降低，有利于平衡正向移动，D正确；

E．通过天然气和水蒸气转化制得的H2，由于含有CH4，CO等易燃易爆气体，容易出现安全隐患，此外CH4，CO可能会与催化剂反应，造成催化剂活性降低，所以必须经过净化处理，E正确；

故答案为：ADE；

(二)(1)将一定量C12通入KOH溶液，生成KCl和KClO，KClO具有强氧化性，将Fe3+氧化为FeO42-，然后根据碱性环境，配平即可，得到2Fe3++3ClO-+10OH-=2FeO42-+3Cl-+5H2O或2Fe(OH)3+3ClO-+4OH-=2FeO42-+3Cl-+5H2O，故答案为：2Fe3++3ClO-+10OH-=2FeO42-+3Cl-+5H2O或2Fe(OH)3+3ClO-+4OH-=2FeO42-+3Cl-+5H2O；

(2)阳极失电子，反应物为Fe3+产物为FeO42-，然后根据碱性环境及守恒规则，易写出Fe3++8OH--3e-=FeO42-+4H2O或Fe(OH)3+5OH--3e-=FeO42-+4H2O，故答案为：Fe3++8OH--3e-=FeO42-+4H2O或Fe(OH)3+5OH--3e-=FeO42-+4H2O。