题目内容

在氨的工业合成中，有三个关键的技术问题，请结合所学知识解决它们：

    (1)合成氨的化学原理是N2+3H2 2NH3，在工业上选择20―50MPa的较高压强和  500的温度来进行反应，请结合有关的化学原理解释。

(2)在生产过程中需要大量氢气，现有以下几种获得氢气的方法，请你选出最适宜的，并说明理由。

A．电解水制取氢气；B．由煤或焦碳来制取氢气：煤或焦碳经加热，炽热的炭与水蒸气反应生成氢气；C．由天然气或重油制取氢气：天然气的主要成分甲烷在高温、催化剂的作用下与水蒸气反应生成氢气和一氧化碳，一氧化碳在催化剂存在的条件下与水蒸气反应得到氢气和二氧化碳。

 (3)合成氨的生产工艺流程：首先用适当的方法生产出合成氨的原料气一一氮气和氢气。

氮气和氢气的混合气体在合成塔一定条件下，通过催化扭l的作用产生氨气，再通过氮分离器不断地把生成的氨分离出来，同时未转化的反应气体再进入合成塔循环加工。这就是合成氨的工艺流程。请根据这一描述过程画出流程方框图。

（1）温度选择500℃是因为温度太高时，平衡混合物中氨的含量太低；温度太低，则化学反应速率太小。而且500℃时，催化剂活性最大。选择20―50MPa的较高压强是因为增大压强，平衡混合物中氨的含量增加，但对设备的材料质量和制造水平要求更高，能量消耗也更大。

（2）C，天然气作为洁净燃料，便于管道输送，用做合成氨的原料具有投资省，能耗低的优点。

（3）

练习册系列答案
相关题目
利用N2和H2可以实现NH3的工业合成，而氨又可以进一步制备硝酸，在工业上一般可进行连续生产．请回答下列问题：
（1）已知：N2（g）+O2（g）═2NO（g）△H=+180.5kJ/mol
N2（g）+3H2（g）?2NH3（g）△H=-92.4kJ/mol
2H2（g）+O2（g）═2H2O（g）△H=-483.6kJ/mol
若有17g 氨气经催化氧化完全生成一氧化氮气体和水蒸气所放出的热量为
226.3kJ
226.3kJ
．
（2）某科研小组研究：在其他条件不变的情况下，改变起始物氢气的物质的量对N2（g）+3H2（g）?2NH3（g）反应的影响．
实验结果如图所示：（图中T表示温度，n表示物质的量）
①图象中T2和T1的关系是：T2
低于
低于
T1（填“高于”“低于”“等于”“无法确定”）．
②比较在a、b、c三点所处的平衡状态中，反应物N2的转化率最高的是
c
c
（填字母）．
（3）N2O5是一种新型硝化剂，其性质和制备受到人们的关注．
一定温度下，在恒容密闭容器中N2O5可发生下列反应：2N2O5（g）=4NO2（g）+O2（g）△H＞0下表为反应在T1温度下的部分实验数据：
t/s 0 500 1000
c（N2O5）/mol?L-1 5.00 3.52 2.48
则500s内NO2的平均生成速率为
0.00592mol?L-1?s-1
0.00592mol?L-1?s-1
．
氮是地球上含量丰富的一种元素，氮及其化合物在工农业生产、生活中有着重要作用．请回答下列问题：

（1）图1是1mol NO2和1mol CO反应生成CO2和NO过程中能量变化示意图，请写出NO2和CO反应的热化学方程式
NO2（g）+CO（g）═CO2（g）+NO（g）；△H=-234KJ/mol
NO2（g）+CO（g）═CO2（g）+NO（g）；△H=-234KJ/mol

（2）工业合成氨气需要的反应条件非常高且产量低，而一些科学家采用高质子导电性的SCY陶瓷（能传递H+）实现氨的电化学合成，从而大大提高了氮气和氢气的转化率．电化学合成氨过程的总反应式为：N2+3H2
         通电         
.
(一定条件)
2NH3，
阳极反应式为：3H2-6e-=6H+，则阴极反应式为
N2+6H+=6e-+2NH3
N2+6H+=6e-+2NH3
．
（3）工业中常用以下反应合成氨：N2+3H2?2NH3△H＜0．某实验室在三个不同条件的密闭容器中，分别加入浓度均为c （N2）=0.1mol/L，c （H2）=0.3mol/L进行反应时，N2的浓度随时间的变化如下图①、②、③曲线所示．
I．该反应实验②平衡时H2的转化率为
40%
40%
．
II．据图2所示，②、③两装置中各有一个条件与①不同．请指出，并说明判断的理由．③条件：
②与①相比加了催化剂；③与①相比温度升高
②与①相比加了催化剂；③与①相比温度升高
理由：
因为加入催化剂能缩短达到平衡的时间，但化学平衡不移动，所以①②两装置达到平衡时N2的浓度相同；
该反应为放热反应，温度升高，达到平衡的时间缩短，但平衡向逆反应方向移动，③中到达平衡时N2的浓度高于①
因为加入催化剂能缩短达到平衡的时间，但化学平衡不移动，所以①②两装置达到平衡时N2的浓度相同；
该反应为放热反应，温度升高，达到平衡的时间缩短，但平衡向逆反应方向移动，③中到达平衡时N2的浓度高于①
．
（4）I．NH4Cl溶液呈酸性，这是由于NH4+水解的缘故．则NH4Cl溶于重水（D2O）生成一水合氨和水合氢离子的离子方程式是
NH4++D2O=NH3?HDO+D3O+
NH4++D2O=NH3?HDO+D3O+
．
II．常温下，0.1mol?L-1氨水与0.1mol?L-1盐酸溶液等体积混合（忽略混合后溶液体积的变化），则混合溶液中由水电离出的c（H+）
＞
＞
 0.1mol?L-1氨水溶液中由水电离出的c（OH-）（填写“＞”“=”或“＜”）
（2010?石景山区一模）利用N2和H2可以实现NH3的工业合成，而氨又可以进一步制备硝酸，在工业上一般可进行连续生产．请回答下列问题：
（1）已知：N2（g）+O2（g）═2NO（g）△H=+180.5kJ?mol-1
N2（g）+3H2（g）?2NH3（g）△H=-92.4kJ?mol-1
2H2（g）+O2（g）═2H2O（g）△H=-483.6kJ?mol-1
若有17g氨气经催化氧化完全生成一氧化氮气体和水蒸气所放出的热量为
226.3kJ
226.3kJ
；
（2）某科研小组研究在其他条件不变的情况下，改变起始物氢气的物质的量对N2（g）+3H2（g）?2NH3（g）反应的影响，实验结果如图2所示：（图中T表示温度，n表示物质的量）
①图象中T1和T2的关系是：T1
＜
＜
T2（填“＞”、“＜”、“=”或“无法确定”）
②比较在a、b、c三点所处的平衡状态中，反应物N2的转化率最高的是
c
c
（填字母标号），
③在起始体系中加入N2的物质的量为
n
3
n
3
mol时，反应后氨的百分含量最大．若容器容积为1L，n=3mol反应达到平衡时H2的转化率为60%，则此条件下（T2），反应的平衡常数K=
2.08（mol?L-1）-2
2.08（mol?L-1）-2
；
（3）N2O3是一种新型硝化剂，其性质和制备受到人们的关注．
①一定温度下，在恒容密闭容器中N2O3可发生下列反应：2N2O3?4NO2（g）+O2△H＞0下表为反应在某温度下的部分实验数据则50s内NO2的平均生成速率为
0.0592mol?L-1?s-1
0.0592mol?L-1?s-1

V/s 0 50 100
c（N2O3）/mol?L-1 5.00 3.52 2.48
②现以H2、O2、熔融盐Na2CO3组成的燃料电池，采用电解法制备N2O3，装置如图1所示，其中Y为CO2．写出石墨I电极上发生反应的电极反应式
H2+CO32-═CO2+H2O+2e-
H2+CO32-═CO2+H2O+2e-

在氨的工业合成中，有三个关键的技术问题，请结合所学知识解决它们。

(1)合成氨的化学原理是N2＋3H2??2NH3，在工业上选择20～50 MPa的较高压强和450 ℃左右的温度来进行反应，请结合有关的化学原理解释。

(2)在生产过程中需要大量氢气，现有以下几种获得氢气的方法，请你选出最适宜的，并说明理由。

A．电解水制取氢气

B．由煤或焦炭来制取氢气：煤或焦炭经加热，炽热的炭与水蒸气反应生成氢气

C．由天然气或重油制取氢气：天然气的主要成分甲烷在高温、催化剂的作用下与水蒸气反应生成氢气和一氧化碳；一氧化碳在催化剂存在的条件下与水蒸气反应得到氢气和二氧化碳

(3)合成氨的生产工艺流程：首先用适当的方法生产出合成氨的原料气——氮气和氢气。氮气和氢气的混合气体在合成塔中于一定条件下，通过催化剂的作用产生氨气，再通过氨分离器不断地把生成的氨分离出来，同时未转化的反应气体再进入合成塔循环加工。这就是合成氨的工艺流程。请根据这一描述过程画出流程方框图。

 

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