Question

一种“人工固氮”的新方法是在光照条件下，N₂在催化剂表面与水蒸气发生反应生成NH₃和氧气． 已知：

化学键	N≡N	H-O	N-H	O=O
键能/kJ?mol-1	945	463	391	498

（1）请根据以上信息，写出“人工固氮”新方法的热化学方程式：______；
（2）进一步研究NH₃生成量与温度的关系，部分实验数据见下表（反应时间3h）：

T/℃	30	40	50
生成NH3量/（10-6mo1/L）	4.8	5.9	6.0

①50℃时从开始到3h内以O₂物质的量浓度变化表示的平均反应速率为______；
②与目前广泛应用的工业合成氨方法相比，该方法中固氮反应速率慢．请提出可提高其反应速率且增大NH₃生成量的建议（请写出两条）______、______；
（3）氨是氮肥工业的重要原料．某化肥厂生产铵态氮肥（NH₄）₂SO₄的工业流程如下：

①往沉淀池中装入CaSO₄悬浊液后，需先通入足量NH₃，再通入CO₂的原因是______．
②煅烧炉中产生的固态副产品为______，生产流程中能被循环利用的物质X为______．

Answer 1

解：根据题目信息，N₂在催化剂表面与水蒸气发生反应生成NH₃和氧气，写热化学方程式的物质变化部分为：N₂+3H₂O2NH₃+O₂，旧键断裂吸收的能量为：945kJ+6×463kJ=3723kJ，新键生成释放的能量为：6×391KJ+×498KJ=3093KJ所以△H=3723kJ?mol^-1-3093kJ?mol^-1=+630kJ?mol^-1，故答案为：N₂（g）+3H₂O（g）2NH₃（g）+O₂（g）；△H=+630kJ?mol^-1；
（2）①50℃时从开始到3h内，根据化学反应速率公式v（NH₃）===2.0×10^-6（mol/（l?h）），氨气的反应速率和氧气的反应速率之比等于系数之比，即为4：3，故v（O₂）=1.5×l0^-6 mol/（L?h）（或2.5×l0^-8 mol/（L?min），故答案为：1.5×l0^-6 mol/（L?h）（或2.5×l0^-8 mol/（L?min）；
②加快化学反应速率的外界因素有升高温度、加大浓度、加大压强、使用催化剂等，对于该反应可以升高温度、增大压强，及时补充反应物等，故答案为：升高温度；增大压强；
（3）①先通入足量NH₃，再通入CO₂的原因是：氨在水中溶解度大，使溶液呈碱性，有利于吸收CO₂，增大c（CO₃^2-），促使CaSO₄转化为CaCO₃，同时生成（NH₄）₂SO₄，故答案为：氨在水中溶解度大，使溶液呈碱性，有利于吸收CO₂，增大c（CO₃^2-），促使CaSO₄转化为CaCO₃，同时生成（NH₄）₂SO₄；
②碳酸钙高温分解生成氧化钙和二氧化碳，固态副产品为CaO（或生石灰），CO₂（或二氧化碳）能被循环利用，故答案为：CaO（或生石灰）；CO₂（或二氧化碳）．
分析：（1）旧键的断裂吸收的能量和新键的生成释放的能量的差值即为反应的焓变值；
（2）①根据化学反应速率公式v=进行计算即可；②影响化学反应速率的外界因素有温度、浓度、压强、催化剂等；
（3）①氨水显碱性，二氧化碳是酸性气体，保证原料气的充分利用，要考虑通气体的先后顺序；
②碳酸钙高温分解生成氧化钙和二氧化碳．
点评：本题是一道元素基化合物性质的综合题，难度较大，要求学生具备分析和解决问题的能力．