题目内容
【题目】自上个世纪德国建立了第一套合成氨装置,合成氨工业为解决人类的温饱问题作出了极大贡献。回答下列问题:
(1)已知:①1g H2 完全燃烧生成H2O(g)放出121kJ 的热量;
②N2(g) +O2(g)==2NO(g) △H =+180.5kJ·mol-1
③4NH3(g) +5O2(g)==4NO(g) +6H2O(g) △H =-906.2kJ·mol-1
工业合成氨的热化学方程式是_________________________________________。
(2)应用化石燃料(特别是煤)制备的原料气H2 中含有杂质碳( 主要成分为CO2)、杂质硫主要成分为H2S)。工业上采用湿法脱硫的方法回收硫,方法是先用纯碱溶液吸收H2S,使之转化为NaHS,然后用偏钒酸钠(NaVO3)溶液氧化硫元素,使之转化为硫单质,并生成焦钒酸钠( Na2V4O9),混法脱硫中发生的氧化还原反应的化学方程式是_________________________,反应中转移2×103mol电子时,理论上回收硫_______kg。
(3)工业上利用NH3为原料合成尿素,其原理是2 NH3(g) +CO2(g)
CO(NH2)2(1)+ H2O(g)。①该可逆反应的平衡常数(K)和温度(T)的关系如下:
T/℃ | 165 | 175 | 185 | 195 |
K | 111.9 | 74.1 | 50.6 | 34.8 |
合成尿素的反应为_____________(填“放热反应”或“吸热反应”)。
②合成尿素的原料气中NH3和CO2的物质的量之比称为氨碳比,可用[n(NH3)]/[n(CO2)]表示。在一定温度和压强下,图甲中曲线________(填“I”或“II”)表示的是氨碳比与CO2的转化率(a)的关系,判断理由是_______________________________;当[n(NH3)]/[n(CO2)]=4时,NH3的转化率为_______________。
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(4)利用特殊的材料,通过电化学法也可以合成氨,如图乙所示原理可利用N2、H2、CO、水蒸气合成氨。阳极反应式是_______________,离子交换膜中通过的离子是_____(填化学符号)。
【答案】 3H2(g)+N2(g)==2NH3 (g) △H=-92 4kJ/mo1 2NHS+4NaVO3+H2O==Na2V4O9+4NaOH+2S↓ 32 放热反应 I n(NH3)/n(CO2)大,则c(NH3)大,CO2转化率增大 32% H2+CO+H2O-4e-==CO2+4H+ H+
【解析】(1)已知:①1gH2完全燃烧生成H2O(g)放出121kJ的热量,则1mol氢气完全燃烧生成H2O(g)放出242kJ的热量,即H2(g)+
O2(g)==H2O(g) △H=-242kJ/mo1;②N2(g)+O2(g)==2NO(g) △H =+180.5kJ·mol-1,③4NH3(g)+5O2(g)==4NO(g)+6H2O(g)△H =-906.2kJ·mol-1,根据盖斯定律,将①×3+②-
×③,得:3H2(g)+N2(g)==2NH3(g) △H=3×(-242kJ/mo1)+(+180.5 kJ/mo1)-
×(-906.2 kJ/mo1)=-924kJ/mo1,故答案为:3H2(g)+N2(g)==2NH3(g) △H=-924kJ/mo1;
(2)用纯碱溶液吸收H2S,使之转化为NaHS,然后用偏钒酸钠(NaVO3)溶液氧化硫元素,使之转化为硫单质,并生成焦钒酸钠(Na2V4O9),混法脱硫中发生的氧化还原反应的化学方程式为2NHS+4NaVO3+H2O==Na2V4O9+4NaOH+2S↓,反应中硫的化合价升高2×2=4,V的化合价降低1×4=4,转移4个电子,因此反应中转移2×103mol电子时,反应生成硫
=1000mol,质量为1000mol×32g/mol=32000g=32kg,故答案为:2NHS+4NaVO3+H2O==Na2V4O9+4NaOH+2S↓;32;
(3)①根据表格数据,升高温度,平衡常数K减小,说明平衡逆向移动,则正反应为放热反应,故答案为:放热反应;
②根据方程式2 NH3(g)+CO2(g)
CO(NH2)2(1)+ H2O(g),随着氨碳比[n(NH3)]/[n(CO2)]增大,氨气的转化率减小,二氧化碳的转化率增大,结合图像可知,曲线I满足条件;当[n(NH3)]/[n(CO2)]=4时,二氧化碳的转化率=64%,假设二氧化碳为1mol,则氨气为4mol,反应的氨气为1mol×64%×2,因此氨气的转化率=
×100%=32%,故答案为:I;n(NH3)/n(CO2)大,则c(NH3)大,CO2转化率增大;32%;
(4)可利用N2、H2、CO、水蒸气合成氨,根据示意图,反应中N元素化合价降低发生还原反应,H和C元素化合价升高发生氧化反应,因此阳极反应式为H2+CO+H2O-4e-==CO2+4H+,生成的氢离子需要通过离子交换膜进入阴极区,反应形成氨气放出,故答案为:H2+CO+H2O-4e-==CO2+4H+;H+。
【题目】验证牺牲阳极的阴极保护法,实验如下(烧杯内均为经过酸化的3%NaCl溶液)。
① | ② | ③ |
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在Fe表面生成蓝色沉淀 | 试管内无明显变化 | 试管内生成蓝色沉淀 |
下列说法不正确的是
A. 对比②③,可以判定Zn保护了Fe
B. 对比①②,K3[Fe(CN)6]可能将Fe氧化
C. 验证Zn保护Fe时不能用①的方法
D. 将Zn换成Cu,用①的方法可判断Fe比Cu活泼