Question

合成氨反應在解決世界70億人口的吃飯問題上起了重要的作用，合成氨的方法有很多．

（一）方法1：合成塔中發(fā)生反應N₂+3H₂（g）?2NH₃（g），下表給出了500℃條件下，某恒容密閉容器中該反應起始和平衡時各物質的濃度數(shù)據，則平衡時N₂的轉化率為

 

，該條件下反應的平衡數(shù)為

 

．

初始濃度（mol/L）			平衡濃度（mol/L）
c0（N2）	c0（H2）	c0（NH3）	c平（N2）	c平（H2）	c平（NH3）
2.48	4.34	0	1.85	2.43	1.27

方法2：1998年2位希臘化學家提出了電解合成氨的新思路，采用高質子導電性的SCY陶瓷（能傳遞H⁺）
為介質，實現(xiàn)了高溫（570℃）常壓下高轉化率的電解法合成氨，裝置如圖1．鈀電極A是電解池的

 

極（填“陽”或“陰”），該極上的電極反應式是

 

．
方法3：最新的“人工固氮”研究報道：在常溫、常壓、光照條件下，N₂在催化劑（摻有少量Fe₂O₃的TiO₂）
表面與水發(fā)生下列反應：2N₂（g）+6H₂O（l）?4NH₃（g）+3O₂（g）△H=a kJ/mol
進一步研究NH₃生成量與溫度的關系（其它條件均一樣），反應3 小時，測得部分實驗
數(shù)據如下表：

T/K	303	313	323
NH3生成量/（10-6mol）	4.8	5.8	6.0

（1）依據上述數(shù)據，能否判斷該反應是放熱還是吸熱反應？說出你的判斷依據：

 

．
（2）已知N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4kJ?mol^-1
2H₂（g）+O₂（g）?2H₂O（l）△H=-571.6kJ?mol^-1
求上述固氮反應的△H=

 

（二）NH₃的另外一個重要用途是制備HNO₃，提供如圖2儀器（圖中鐵夾、橡皮管等輔助用品已略去，多余的儀器可以不用，個別儀器可以重復使用），請你組裝出一套裝置，模擬工業(yè)上氨的催化氧化，并保證在儀器e中能看到紅棕色氣體，最終能制得HNO₃．請你寫出所設計方案的儀器連接循序：a→

 

（將所連接儀器的順序依次填入即可）．若a儀器用m d代替，則d中裝入得藥品為

 

．若a儀器用b代替，則b中用到的藥品為

 

．

Answer 1

考點：工業(yè)合成氨,用蓋斯定律進行有關反應熱的計算,化學平衡的計算,電解原理,制備實驗方案的設計

專題：基本概念與基本理論

分析：（一）方法1：利用三行式結合轉化率=

變化量

初始量

×100%、K=

生成物平衡濃度系數(shù)次冪之積

反應物平衡濃度系數(shù)次冪之積

來計算；
方法2：電解池中，陽離子移向陰極，在陰極上發(fā)生還原反應；
方法3：：（1）達到平衡時，可以根據溫度對化學平衡移動方向的影響來判斷反應的吸放熱情況；
（2）根據蓋斯定律計算焓變；
（二）氨的催化氧化中的氧氣可以用空氣代替，加熱氯化銨和氫氧化鈣的混合物可以制氨氣，還可以用濃氨水和堿石灰（或生石灰、或是氫氧化鈉固體）來制備，據此確定實驗組裝順序以及試劑．

解答： 解：（一）方法1：設平衡時N₂的變化量是x，則
          N₂（g）+3H₂（g）=2NH₃（g）
初始濃度：2.48     4.34       0
變化濃度：0.63    1.91       1.27
平衡濃度：1.85     2.43      1.27
衡時N₂的轉化率為

0.63

2.48

×100%=25.4%，K=

c2(NH3)

c(N2)?c3(H2)

=

1.272

1.85×2.433

=0.0608，故答案為：25.4%；0.0608；
方法2、電解池中，氫離子移向陰極，所以鈀電極A是電解池的陰極，陰極發(fā)生還原反應，氮氣在陰極上放電，與氫離子結合生成氨氣，即N₂+6e^-+6H⁺=2NH₃，
故答案為：陰；N₂+6H⁺+6e^-=2NH₃；
方法3：（1）溫度對化學平衡移動方向的影響是：溫度越高，氨氣的量越大，但是沒有告訴說是進行到3小時達到了平衡，故無法判斷反應的吸放熱情況，
故答案為：不能；因為沒有給出反應進行3小時是否達到了平衡；
②已知：a、N₂（g）+3H₂（g）=2NH₃（g）；△H=-92.4kJ/mol；
b、O₂（g）+2H₂（g）═2H₂O（l）；△H=-571.6kJ/mol，則反應2N₂（g）+6H₂O（l）═4NH₃（g）+3O₂（g）等于2a-3b；
所以△H=2×（-92.4kJ/mol）-3×（-571.6kJ/mol）=+1530.0kJ/mol，
故答案為：+1530.0kJ/mol；
（二）氨的催化氧化中的氨氣可以用a制備，將氨氣干燥，再和空氣混合在催化劑的作用下可以獲得NO，和空氣相遇即可得到二氧化氮，二氧化氮和水反應，即可制的硝酸溶液，所以連接順序是a→g→f→d→e→d，加熱氯化銨和氫氧化鈣的混合物可以制氨氣，還可以用濃氨水和堿石灰（或生石灰、或是氫氧化鈉固體）來制備，若a儀器用m d代替，則d中裝入得藥品為濃氨水，若a儀器用b代替，則b中用到的藥品為濃氨水和生石灰（堿石灰或是氫氧化鈉固體），用來制取氨氣，
故答案為：a→g→f→d→e→d；濃氨水；濃氨水和生石灰（堿石灰或是氫氧化鈉固體）．

點評：本題以考查工業(yè)合成氨為載體，涉及蓋斯定律的應用、化學平衡轉化率和平衡常數(shù)的計算以及電化學等綜合知識，屬于綜合知識的考查，難度大．