摘要: 了解合成氨的主要反应原理.原料.重要设备.流程和意义.认识催化剂的研制对促进化学工业发展的重大意义.

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合成氨工业及硝酸工业对工、农生产和国防都有重要意义。请回答:
(1)以N2和H2为原料合成氨气。已知:N2(g)+3H2(g)2NH3(g);△H= -92.4 kJ/mol,
①合成氨工业中采取的下列措施可以用勒夏特列原理解释的是(填选项序号)_______。  
a.用铁触媒加快化学反应速率            
b.采用较高压强(20 MPa~50 MPa)
c.将原料气中的少量CO等气体净化除去  
d.将生成的氨液化并及时从体系中分离出来
②一定温度下,在密闭容器中充入1 mol N2和3 mol H2并发生反应。
a.若容器容积恒定,达到平衡时气体的压强为原来的7/8,N2的转化率为а1,此时,反应放热为_________kJ;
b.若容积为4L,当进行到第4分钟时达到平衡,生成NH3为1.0 mol,则从开始到达平衡时NH3的平均速率v(NH3)=_________。
c.若容器压强恒定,则达到平衡时,容器中N2的转化率为а2,则а2_______а1(填“>、<或=”)。
(2)以氨气、空气为主要原料制硝酸。
①NH3被氧气催化氧化生成NO的反应的化学方程式是______________________。
②硝酸厂常用如下2种方法处理尾气。
a.催化还原法:催化剂存在时用H2将NO2还原为N2。
已知:
2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) △H=-483.6kJ/mol                  
N2(g)+2O2(g)=2NO2(g) △H=+67.7kJ/mol
则H2还原NO2生成水蒸气反应的热化学方程式是___________________。
b.碱液吸收法:用Na2CO3溶液吸收NO2生成CO2。若每9.2gNO2和Na2CO3溶液反应时转移电子数为0.1mol,则反应的离子方程式是_______________。
(3)随着对合成氨研究的发展,希腊科学家采用高质子导电性的SCY陶瓷(能传递H+)为介质,用吸附在它内外表面上的金属钯多晶薄膜做电极,实现了常压、570℃条件下高转化率的电解法合成氨(装置如图)。钯电极A是电解池的_______极(填“阳”或“阴”),该极上的电极反应式是__________________ 。
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(16分)氨是一种重要的化工原料,氨的合成和应用是当前的重要研究内容之一。

(1)一定条件下,在一个密闭容器中充入气体:N2 2mol、H2 6mol,达平衡后N2的转化率为50%,同时放热92.3KJ。该反应的热化学方程式为:______________________________。

(2)传统哈伯法合成氨工艺中相关的反应式为:N2+3H22NH3 。

①该反应的平衡常数K的表达式为:K=______________。升高温度,K值______(填“增大”“减小”或“不变”)。

②不同温度、压强下,合成氨平衡体系中NH3的物质的量分数见下表(N2和H2的起始物质的量之比为1∶3)。分析表中数据,                   (填温度和压强)。时H2转化率最高,实际工业生产中不选用该条件的主要原因是              。

③下列关于合成氨说法正确是              (填字母)

A.使用催化剂可以提高氮气的转化率

B.寻找常温下的合适催化剂是未来研究的方向

C.由于ΔH<0、ΔS>0,故合成氨反应一定能自发进行

(3)最近美国Simons等科学家发明了不必使氨先裂化为氢就可直接用于燃料电池的方法。其装置为用铂黑作为电极,加入电解质溶液中,一个电极通入空气,另一电极通入氨气。其电池反应为4NH3+3O2=2N2+6H2O,你认为电解质溶液应显       性(填“酸性”、“中性"、“碱性”),写出负极电极反应式                   。

(4)工业上净化处理铬污染方法之一是:将含K2Cr2O7酸性废水放入电解槽内,加入适量的NaCl,以Fe和石墨为电极进行电解。经过一段时间后,生成Cr(OH)3和Fe(OH)3沉淀除去(已知Ksp[Fe(OH)3]=4.0×10-38,Ksp[Cr(OH)3]=6.0×10-31)。

已知电解后的溶液中c(Fe3+)为2.0×10-13mol/L,则溶液中c(Cr3+)为       mol/L。

 

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(16分)氨是一种重要的化工原料,氨的合成和应用是当前的重要研究内容之一。
(1)一定条件下,在一个密闭容器中充入气体:N2 2mol、H2 6mol,达平衡后N2的转化率为50%,同时放热92.3KJ。该反应的热化学方程式为:______________________________。
(2)传统哈伯法合成氨工艺中相关的反应式为:N2+3H22NH3。
①该反应的平衡常数K的表达式为:K=______________。升高温度,K值______(填“增大”“减小”或“不变”)。
②不同温度、压强下,合成氨平衡体系中NH3的物质的量分数见下表(N2和H2的起始物质的量之比为1∶3)。分析表中数据,                   (填温度和压强)。时H2转化率最高,实际工业生产中不选用该条件的主要原因是              。

③下列关于合成氨说法正确是              (填字母)
A.使用催化剂可以提高氮气的转化率
B.寻找常温下的合适催化剂是未来研究的方向
C.由于ΔH<0、ΔS>0,故合成氨反应一定能自发进行
(3)最近美国Simons等科学家发明了不必使氨先裂化为氢就可直接用于燃料电池的方法。其装置为用铂黑作为电极,加入电解质溶液中,一个电极通入空气,另一电极通入氨气。其电池反应为4NH3+3O2=2N2+6H2O,你认为电解质溶液应显       性(填“酸性”、“中性"、“碱性”),写出负极电极反应式                   。
(4)工业上净化处理铬污染方法之一是:将含K2Cr2O7酸性废水放入电解槽内,加入适量的NaCl,以Fe和石墨为电极进行电解。经过一段时间后,生成Cr(OH)3和Fe(OH)3沉淀除去(已知Ksp[Fe(OH)3]=4.0×10-38,Ksp[Cr(OH)3]=6.0×10-31)。
已知电解后的溶液中c(Fe3+)为2.0×10-13mol/L,则溶液中c(Cr3+)为      mol/L。

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(16分)氨是一种重要的化工原料,氨的合成和应用是当前的重要研究内容之一。

(1)一定条件下,在一个密闭容器中充入气体:N2 2mol、H2 6mol,达平衡后N2的转化率为50%,同时放热92.3KJ。该反应的热化学方程式为:______________________________。

(2)传统哈伯法合成氨工艺中相关的反应式为:N2+3H22NH3 。

①该反应的平衡常数K的表达式为:K=______________。升高温度,K值______(填“增大”“减小”或“不变”)。

②不同温度、压强下,合成氨平衡体系中NH3的物质的量分数见下表(N2和H2的起始物质的量之比为1∶3)。分析表中数据,                    (填温度和压强)。时H2转化率最高,实际工业生产中不选用该条件的主要原因是               。

③下列关于合成氨说法正确是               (填字母)

A.使用催化剂可以提高氮气的转化率

B.寻找常温下的合适催化剂是未来研究的方向

C.由于ΔH<0、ΔS>0,故合成氨反应一定能自发进行

(3)最近美国Simons等科学家发明了不必使氨先裂化为氢就可直接用于燃料电池的方法。其装置为用铂黑作为电极,加入电解质溶液中,一个电极通入空气,另一电极通入氨气。其电池反应为4NH3+3O2=2N2+6H2O,你认为电解质溶液应显        性(填“酸性”、“中性"、“碱性”),写出负极电极反应式                    。

(4)工业上净化处理铬污染方法之一是:将含K2Cr2O7酸性废水放入电解槽内,加入适量的NaCl,以Fe和石墨为电极进行电解。经过一段时间后,生成Cr(OH)3和Fe(OH)3沉淀除去(已知Ksp[Fe(OH)3]=4.0×10-38,Ksp[Cr(OH)3]=6.0×10-31)。

已知电解后的溶液中c(Fe3+)为2.0×10-13mol/L,则溶液中c(Cr3+)为       mol/L。

 

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(2013?江苏二模)氮的化合物合成、应用及氮的固定一直是科学研究的热点.
(1)以CO2与NH3为原料合成化肥尿素的主要反应如下:
①2NH3(g)+CO2(g)=NH2CO2NH4(s);△H=-159.47kJ?mol-1
②NH2CO2NH4(s)=CO(NH2)2(s)+H2O(g);△H=a kJ?mol-1
③2NH3(g)+CO2(g)=CO(NH2)2(s)+H2O(g);△H=-86.98kJ?mol-1
则a为
+72.49
+72.49
.
(2)反应2NH3(g)+CO2(g)?CO(NH2)2(l)+H2O(g) 在合成塔中进行.图1中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三条曲线为合成塔中按不同氨碳比[n(NH3)/n(CO2)]和水碳比[n(H2O)/n(CO2)]投料时二氧化碳转化率的情况.

①曲线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ水碳比的数值分别为:A.0.6~0.7       B.1~1.1        C.1.5~1.61
生产中应选用水碳比的数值为
A
A
(选填序号).
②生产中氨碳比宜控制在4.0左右,而不是4.5的原因可能是
氨碳比在4.5时,NH3的量增大较多,而CO2的转化率增加不大,提高了生产成本
氨碳比在4.5时,NH3的量增大较多,而CO2的转化率增加不大,提高了生产成本
.
(3)尿素可用于湿法烟气脱氮工艺,其反应原理为:
NO+NO2+H2O=2HNO2      2HNO2+CO(NH2)2=2N2↑+CO2↑+3H2O.
①当烟气中NO、NO2按上述反应中系数比时脱氮效果最佳.若烟气中V(NO):V(NO2)=5:1时,可通入一定量的空气,同温同压下,V(空气):V(NO)=
1:1
1:1
(空气中氧气的体积含量大约为20%).
②图2是尿素含量对脱氮效率的影响,从经济因素上考虑,一般选择尿素浓度约为
5
5
%.
(4)图3表示使用新型电极材料,以N2、H2为电极反应物,以HCl-NH4Cl为电解质溶液制造出既能提供能量,同时又能实现氮固定的新型燃料电池.请写出该电池的正极反应式
N2+6e-+8H+=2NH4+
N2+6e-+8H+=2NH4+
.生产中可分离出的物质A的化学式为
NH4Cl
NH4Cl
.
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