Question

工业生产硝酸铵的流程图如下：

请回答下列问题：
（1）写出硝酸铵在工农业生产中的主要用途

 

（任写一条）
（2）已知N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g），△H=-92kJ?mol^-1．请回答：
①在500℃、200atm（1atm=101KPa）和铁催化条件下向一密闭容器中充入1mol N₂和3mol H₂，充分反应后，放出的热量

 

（填“＜”“＞”“=”）92.4kJ，理由是：

 

②为有效提高氢气的转化率，实际生产中宜采取的措施有

 

A．降低温度       B．最适合催化剂活性的适当高温      C．增大压强
D．降低压强       E．循环利用和不断补充氮气          F．及时移出氨
（3）写出氨在铂铑合金网催化氧化的化学方程式：

 

（4）在一定温度和压强的密闭容器中，将物质的量为3：2的H₂和N₂混合，当该反应达到平衡时，测出平衡混合气中氨的体积分数为15%，此时H₂的转化率为

 

．
（5）请写出实验室检验产品中阳离子的方法：

 

．
（6）硝铵受热会发生爆炸，在某温度下反应生成N₂，其中被氧化和被还原的氮原子为5：3，请写出该反应的化学方程式：

 

．

Answer 1

考点：化学平衡的计算

专题：

分析：（1）根据铵盐的用途分析；
（2）①根据可逆反应的特点不可能完全进行到底分析；依据化学平衡常数概念书写表达式；
②根据化学平衡移动分析；因增大反应物的浓度，减少生成物的浓度，增大压强，降低温度工业合成氨反应向正反应方向移动，氢气的转化率提高，但在实际生产中不能用低温，因为温度低化学反应速率慢；
（3）氨在铂铑合金网催化氧化生成一氧化氮和水；
（4）依据化学平衡三段式列式计算，转化率=

消耗量

起始量

×100%；
（5）依据铵根离子的性质和检验方法设计实验；
（6）NH₄⁺→N₂，N元素的化合价由-3价→0价，NO₃^-→N₂，N元素的化合价由+5价→0价，从化合价变化的角度判断氧化剂和还原剂，根据氧化还原反应中氧化剂和还原剂之间得失电子数目相等判断发生氧化反应的氮原子与发生还原反应的氮原子的个数之比5：3计算配平书写化学方程式．

解答： 解：（1）因铵盐的主要用途是用作氮肥，故答案为：可做氮肥等；
（2）①因为可逆反应不可能完全进行到底，放出的热量比完全反应少，在1atm和298K条件下，1mol氮气和3mol氢气完全反应生成2mol氨气，放出92.4kJ热量，该反应为可逆反应，不可能进行完全，又因为反应温度为500℃，所以放出的热量小于92.4kJ；
故答案为：＜；该反应是可逆反应，1molN₂不能完全反应，产生的热量比92.4小；
②A．反应是放热反应，降低温度平衡正向进行，氢气的转化率提高，但在实际生产中不能用低温，因为温度低化学反应速率慢，故A不符合；
B．最适合催化剂活性的适当高温，温度越高氢气转化率减小，故B不符合；        
C．反应是气体体积减小的反应，增大压强，平衡正向进行，氢气转化率增大，故C符合；
D．降低压强，平衡逆向进行，故D不符合；       
E．循环利用和不断补充氮气，提高氢气转化率，故E符合；            
F．及时移出氨，平衡正向进行，氢气转化率增大，故F符合；
故答案为：CEF；
 （3）氨在铂铑合金网催化氧化生成一氧化氮和水，反应的化学方程式为：4NH₃+5O₂

催化剂 .

△

4NO+6H₂O；
故答案为：4NH₃+5O₂

催化剂 .

△

4NO+6H₂O；  
（4）在一定温度和压强的密闭容器中，将物质的量为3：2的H₂和N₂混合，当该反应达到平衡时，测出平衡混合气中氨的体积分数为15%，依据化学平衡三段式列式计算，设H₂和N₂物质的量为3x，2x，反应的氮气物质的量为m；
               N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g），
起始量（mol）   2x     3x          0 
变化量（mol）   m     3m          2m
平衡量（mol）2x-m    3x-3m        2m
平衡混合气中氨的体积分数为15%，则

2m

5x-2m

×100%=15%
46m=15x
氢气转化率=

3m

3x

×100%=

15

46

×100%=32.6%；
故答案为：32.6%；
（5）产品是硝酸铵，铵根离子的检验方法，取少量产品于试管中，加入NaOH溶液，加热，产生使湿润红色石蕊试纸变蓝色的气体，说明含有铵根离子；
故答案为：取少量产品于试管中，加入NaOH溶液，加热，产生使湿润红色石蕊试纸变蓝色的气体；
（6）NH₄⁺→N₂，N元素的化合价由-3价→0价，-3价的N元素被氧化，化合价升高3价，NO₃^-→N₂，N元素的化合价由+5价→0价，+5价的N元素化合价降低，被还原，化合价降低5价，根据氧化还原反应中氧化剂和还原剂之间得失电子数目相等可知，发生氧化反应的氮原子与发生还原反应的氮原子的个数之比是5：3，反应的化学方程式为：5NH₄NO₃=2HNO₃+4N₂+9H₂O；
故答案为：5NH₄NO₃=2HNO₃+4N₂+9H₂O．

点评：本题考查了化学平衡计算分析，氧化还原反应电子守恒书写化学方程式，离子检验实验方法设计，题目难度中等．