Question

【題目】氨主要用于生產(chǎn)化肥和硝酸。“十三五”期間，預(yù)計(jì)我國合成氨產(chǎn)量將保持穩(wěn)中略增。

(1)目前工業(yè)上用氮?dú)夂蜌錃夂铣砂钡纳�產(chǎn)條件為________________________。

(2)如圖是不同溫度和不同壓強(qiáng)下，反應(yīng)達(dá)到平衡后，混合物中NH3含量(體積%)的變化情況。已知初始時(shí)n(N2)：n(H2)=1：3。判斷p1、p2的大小關(guān)系，并簡(jiǎn)述理由。 _____________________

(3)實(shí)驗(yàn)室在2L密閉容器中加入1mol氮?dú)夂?/span>3mol氫氣模擬工業(yè)合成氨。若反應(yīng)2min，氣體的總物質(zhì)的量減少了0.8mol，則2min內(nèi)氨氣的生成速率為____________。

(4)常見氮肥有氨水、氯化銨、硫酸銨、尿素等。常溫下，c(NH4+)相等的氨水、氯化銨、硫酸銨三種溶液，氨水、氯化銨、硫酸銨的濃度從大到小的關(guān)系為__________________。

(5)草木灰主要含有碳酸鉀，解釋草木灰不宜與銨態(tài)氮肥混合使用的原因__________。

Answer 1

【答案】催化劑：鐵觸媒，溫度：400℃～500℃，壓強(qiáng)：30MPa～50MPa p2>p1，在合成氨的反應(yīng)中，其他條件不變，壓強(qiáng)越大NH3的含量越高 0.2mol/(L·min） 氨水>氯化銨>硫酸銨 銨根離子和碳酸根離子相互促進(jìn)水解，會(huì)降低N元素的利用率，因此兩者不能混合使用。

【解析】

(1)合成氨為氣體體積縮小的放熱反應(yīng)，需要在高溫、高壓、催化劑條件下進(jìn)行；

(2)根據(jù)圖象可知，壓強(qiáng)相同時(shí)，升高溫度后氨氣的含量減小，據(jù)此判斷合成氨的反應(yīng)熱；溫度相同時(shí)，壓強(qiáng)越大平衡向著正向移動(dòng)，氨氣的含量越大，據(jù)此判斷壓強(qiáng)大��；

(3)用差量方法計(jì)算反應(yīng)產(chǎn)生的氨氣的物質(zhì)的量，然后根據(jù)速率定義式計(jì)算v(NH3)；

(4)氨水中是一水合氨為弱堿，其電離程度較小，其它兩種物質(zhì)都是銨鹽，銨根離子的水解程度較小，則三種溶液濃度相同時(shí)，氨水中銨根離子濃度最小，據(jù)此可判斷c(NH4+)相同時(shí)三種溶液的濃度大小。

(5)草木灰的水溶液呈堿性，而硝酸銨能夠和堿性物質(zhì)反應(yīng)生成氣體，所以不能混合使用.

(1)合成氨的反應(yīng)為N2(g)+3H2(g)2NH3(g)，該反應(yīng)的正反應(yīng)是氣體體積減小的放熱反應(yīng)，由于N2分子中N≡N三鍵的鍵能很大，所以反應(yīng)要在高溫下進(jìn)行，但溫度太高，化學(xué)平衡逆向移動(dòng)，對(duì)氨的合成不利，鑒于在400℃～500℃時(shí)催化劑鐵觸媒的催化活性最大，所以一般采用溫度：400℃～500℃，用鐵觸媒作催化劑，最增大壓強(qiáng)既可以提高反應(yīng)速率，同時(shí)又可以提高氨氣的平衡含量，一般采用較高的壓強(qiáng)，考慮到產(chǎn)生動(dòng)力需消耗較高的能量，同時(shí)對(duì)設(shè)備采用提出的較高的要求，一般是采用壓強(qiáng)：30MPa～50MPa；

(2)合成氨為氣體體積縮小的反應(yīng)，壓強(qiáng)越大氨氣的含量越高，根據(jù)圖象可知，溫度相同時(shí)p2條件下氨氣的含量較高，則pl、p2壓強(qiáng)的大小關(guān)系為p2>pl；

(3)根據(jù)方程式N2(g)+3H2(g)2NH3(g)可知：每反應(yīng)消耗4體積的氣體，會(huì)產(chǎn)生2體積的NH3，由反應(yīng)前到反應(yīng)后，氣體體積減小2體積，根據(jù)n=可知?dú)怏w的體積比等于氣體的物質(zhì)的量的比，所以在2L密閉容器中加入1mol氮?dú)夂?/span>3mol氫氣模擬工業(yè)合成氨。若反應(yīng)2min，氣體的總物質(zhì)的量減少了0.8mol，則反應(yīng)產(chǎn)生NH3的物質(zhì)的量是0.8mol，則2min內(nèi)氨氣的生成速率v(NH3)==0.2 mol/(L·min）。

(4)氨水中的一水合氨是弱電解質(zhì)，其電離程度較��；NH4Cl、(NH4)2SO4都是銨鹽，銨根離子的水解程度較小，根據(jù)鹽中含有的NH4+的數(shù)目關(guān)系，則四種溶液濃度相同時(shí)，氨水中 c(NH4+)最小，(NH4)2SO4的最大，則c(NH4+)相等的氨水、氯化銨、硫酸銨三種溶液，氨水、氯化銨、硫酸銨的濃度從大到小的關(guān)系為氨水>氯化銨>硫酸銨；

(5)草木灰主要含有碳酸鉀，該鹽是強(qiáng)堿弱酸鹽，CO32-水解，使溶液顯堿性；銨態(tài)氮肥屬于強(qiáng)酸弱堿鹽，NH4+水解產(chǎn)生NH3·H2O，使溶液顯酸性，若將兩種鹽溶液混合，由于碳酸根和銨根在一定條件發(fā)生雙水解，生成二氧化碳和氨氣，降低氮的含量，使肥效降低，所以草木灰不宜與銨態(tài)氮肥混合使用。