(Ⅰ)德國人哈伯在1905年發(fā)明的合成氨反應原理為:N2(g)+3H2(g) 2NH3(g);已知298 K時,ΔH=-92.4 kJ·mol-1,ΔS=-198.2 J·mol-1·K-1.試回答下列問題:

(1)請根據(jù)正反應的焓變和熵變計算分析298 K下合成氨反應能自發(fā)進行(列出算式即可)___________________.其濃度熵(Qc) __________________化學平衡常數(shù)(Kc)(填“大于”“等于”或“小于”）時，反應向右進行.

(2)在實際工業(yè)合成氨生產(chǎn)中采取的措施是__________________ (填序號).

A.采用較低壓強

B.采用800 K左右的高溫

C.用鐵觸媒作催化劑

D.將生成的氨液化并及時從體系中分離出來,N2和H2循環(huán)到合成塔中并補充N2和H2

(3)如下圖所示是實驗室模擬工業(yè)法合成氨的簡易裝置,簡述檢驗有氨氣生成的方法

___________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________.

 (Ⅱ)硝酸是一種重要的化工原料,工業(yè)上通常采用氨氧化法制取.某�；瘜W興趣小組的同學設(shè)計了如下圖所示裝置利用中學實驗室常見試劑制取NH3,并以空氣,NH3為原料模擬工業(yè)制HNO3(三氧化二鉻為催化劑,加熱及夾持裝置未畫出):

回答下列問題:

(1)實驗時,A,C兩裝置均需加熱,應先加熱______________裝置,原因是___________________;

(2)D裝置中應填充的物質(zhì)是______________,該物質(zhì)的主要作用是______________;

(3)E裝置的作用是______________,F,G裝置中的物質(zhì)分別是______________、______________;

(4)若保留上圖中黑色粗線框內(nèi)的裝置但去掉通空氣的導管B,將C裝置中的雙孔橡皮塞換成單孔橡皮塞,請你用圖示的方法設(shè)計一個最簡單的實驗方案同樣完成硝酸的制取(在如下圖所示的方框中畫出裝置圖并注明所用藥品的名稱).

Ⅰ.(1)ΔH-TΔS=-92.4 kJ·mol-1-298 K×(-198.2×10-3) kJ·mol-1·K-1＜0  小于

(2)BCD

(3)用濕潤的紅色石蕊試紙放在導管口處,若試紙變藍,說明有氨氣生成

Ⅱ.(1)C  使催化劑達到適宜溫度,提高NH3的轉(zhuǎn)化率

 (2)P2O5或無水CaCl2  除去C中未反應的氨氣

(3)安全瓶,防止倒吸  水  NaOH溶液 

(4)如右圖


解析:

本題為實驗題,第Ⅰ部分考查了化學反應方向的判斷問題,該問題為新教材新增知識點.依據(jù)ΔH-TΔS代入數(shù)值經(jīng)計算為小于0,故能自發(fā)進行.在實際合成氨生產(chǎn)中,結(jié)合催化劑的催化活性,綜合考慮反應速率和轉(zhuǎn)化率的問題,選定800 K左右的高溫,且將生成的NH3及時分離,補充N2和H2以利于反應向生成NH3的方向進行.實驗室檢驗氨氣的方法可用濕潤的紅色石蕊試紙放在導管口處,看是否變藍色.

第Ⅱ部分為模擬工業(yè)制硝酸的實驗.因氨氣的催化氧化需要在一定的溫度下進行,故應提前將催化劑加熱,提高NH3的轉(zhuǎn)化率,在吸收前設(shè)計了除去未反應的氨氣的裝置;另外題目還設(shè)計了防倒吸裝置及尾氣處理裝置.最后一小題讓考生設(shè)計能將NH3和空氣混合氣一次制取的最簡單方案,故可設(shè)計將空氣通入濃氨水中,帶出氨氣的方法.

練習冊系列答案
相關(guān)習題

科目：高中化學 來源： 題型：

（2009?清遠模擬）德國人哈伯在1909年發(fā)明的合成氨反應原理為：N2（g）+3H2（g）?2NH3（g）  已知298K時：△H=-92.4kJ?mol-1試回答下列問題：
（1）在298K時，將10mol N2和30mol H2放入合成塔中，為何放出的熱量小于924kJ？
該反應為可逆反應，10molN2和30molH2不可能完全反應，所以放出的熱量小于10×10×92.4kJ=924kJ
該反應為可逆反應，10molN2和30molH2不可能完全反應，所以放出的熱量小于10×10×92.4kJ=924kJ
．
（2）如圖一在一定條件下，將1mol N2與3mol H2混合于一個10L密閉容器中，反應達到A平衡時，混合氣體中氨占25%，試回答：
①N2的轉(zhuǎn)化率αA為
40%
40%
．
②在狀態(tài)A時，平衡常數(shù)KA=
0.082
0.06×0.183
0.082
0.06×0.183
（代入數(shù)值的表達式，不寫出具體數(shù)值）當溫度由T1變化到T2時，KA
＞
＞
KB（填“＞”、“＜”或“=”）
（3）圖二是實驗室模擬工業(yè)法合成氨的簡易裝置．簡述檢驗有氨氣生成的方法
用濕潤的紅色石蕊試紙放在導管口處，若試紙變藍，說明有氨氣生成
用濕潤的紅色石蕊試紙放在導管口處，若試紙變藍，說明有氨氣生成
．在1998年希臘亞里斯多德大學的Marmellos和Stoukides采用高質(zhì)子導電性的SCY陶瓷（能傳遞H+），實現(xiàn)了高溫常壓下高轉(zhuǎn)化率的電化學合成氨．其實驗裝置如圖．陰極的電極反應式
N2+6e-+6H+=2NH3
N2+6e-+6H+=2NH3
．

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科目：高中化學 來源： 題型：閱讀理解

氨是最重要的氮肥，是產(chǎn)量最大的化工產(chǎn)品之一．課本里介紹的合成氨技術(shù)叫哈伯法，是德國人哈伯在1905年發(fā)明的，其合成原理為：N2（g）+3H2（g）?2NH3（g）；△H＜0他因此獲得了1918年諾貝爾化學獎．工業(yè)上合成氨的部分工藝流程如圖1：
反應體系中各組分的部分性質(zhì)見下表：
氣體 氮氣 氫氣 氨
熔點（℃） -210.01 -252.77 -77.74
沸點（℃） -195.79 -259.23 -33.42
（1）合成氨反應的平衡常數(shù)很小，所以在工業(yè)上采取氣體循環(huán)的流程．即反應后通過把混合氣體的溫度降低到
-33.42
-33.42
℃使混合氣體分離出來產(chǎn)品；繼續(xù)循環(huán)的氣體是
N2、H2
N2、H2
．
（2）工業(yè)上采取用上述（1）操作的目的：
及時分離出氨氣，平衡正向移動，提高氨氣的產(chǎn)率，且循環(huán)利用氮氣和氫氣，提高氮氣和氫氣的轉(zhuǎn)化率
及時分離出氨氣，平衡正向移動，提高氨氣的產(chǎn)率，且循環(huán)利用氮氣和氫氣，提高氮氣和氫氣的轉(zhuǎn)化率
．
（3）已知拆開1molH-H鍵，1molN-H鍵，1molN≡N鍵分別需要的能量是436kJ、391kJ、946kJ，則N2與H2反應生成NH3的熱化學方程式為
N2（g）+3H2（g）?2NH3（g）△H=-92kJ?mol-1
N2（g）+3H2（g）?2NH3（g）△H=-92kJ?mol-1
．
（4）合成氨工業(yè)對國民經(jīng)濟和社會發(fā)展具有重要的意義．對于密閉容器中的反應：N2（g）+3H2（g）?2NH3（g），在673K，30MPa下n（NH3）和n（H2）隨時間變化的關(guān)系如圖2所示．下列敘述正確的是
AD
AD

A．點a的正反應速率比點b的大
B．點 c處反應達到平衡
C．點d （t1時刻） 和點 e （t2時刻） 處n（N2）不一樣
D．其他條件不變，773K下反應至t1時刻，n（H2）比圖2中d點的值大．

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科目：高中化學 來源：2011-2012學年高考化學一輪復習《化學反應速率與化學平衡》專題綜合測試（蘇教版） 題型：填空題

(8分)德國人哈伯在1913年實現(xiàn)了合成氨的工業(yè)化生產(chǎn)，反應原理：

N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)；已知298 K時，

ΔH＝－92.4 kJ·mol－1，ΔS＝－198.2 J·mol－1·K－1，試回答下列問題：

(1)計算說明298 K下合成氨反應能否自發(fā)進行？________(填“能”或“不能”)；在298 K時，將10 mol N2和30 mol H2放入合成塔中，為什么放出的熱量小于924 kJ？________。

(2)如圖在一定條件下，將1 mol N2和3 mol H2混合于一個10 L的密閉容器中，反應達到A平衡時，混合氣體中氨占25%，試回答下列問題：

①N2的轉(zhuǎn)化率為________；

②在達到狀態(tài)A時，平衡常數(shù)KA＝________(代入數(shù)值的表達式，不要求得具體數(shù)值)，當溫度由T1變化到T2時，KA________KB(填“＝”、“<”或“>”)。

③在達到狀態(tài)B時，下列說法正確的是(　　)

a．通入氬氣使壓強增大，化學平衡向正反應方向移動

b．N2的正反應速率是H2的逆反應速率的1/3倍

c．降低溫度，混合氣體的平均相對分子質(zhì)量變小

d．增加N2的物質(zhì)的量，H2的轉(zhuǎn)化率降低

(3)若在恒溫、恒壓條件下合成氨反應達到平衡后，再向平衡體系中通入氬氣，平衡________移動(填“向左”“向右”或“不”)。

(4)在1998年希臘亞里斯多德大學的Marnellos和Stoukides采用高質(zhì)子導電性的SCY陶瓷(能傳遞H＋)，實現(xiàn)了高溫高壓下高轉(zhuǎn)化率的電化學合成氨，其實驗裝置如圖：

則陰極的電極反應式為____________________________________________________。

 

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科目：高中化學 來源：2013屆安徽省高二第二次月考理科綜合試題（化學部分） 題型：填空題

（15分）氨是最重要的氮肥，是產(chǎn)量最大的化工產(chǎn)品之一。課本里介紹的合成氨技術(shù)叫哈伯法，是德國人哈伯在1905年發(fā)明的，其合成原理為：N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)；△H＜0他因此獲得了1918年諾貝爾化學獎。工業(yè)上合成氨的部分工藝流程如下：

                

氣體

氮氣

氫氣

氨

熔點（℃）

-210.01

-252.77

-77.74

沸點（℃）

-195.79

-259.23

-33.42

                                                                                    

反應體系中各組分的部分性質(zhì)見上表：

（1）合成氨反應的平衡常數(shù)很小，所以在工業(yè)上采取氣體循環(huán)的流程。即反應后通過把混合氣體的溫度降低到           ℃使混合氣體分離出來產(chǎn)品；繼續(xù)循環(huán)的氣體是                。

（2）工業(yè)上采取用上述（1）操作的目的：                           

                                                                         。

（3）已知拆開1molH－H鍵，1molN－H鍵，1molN≡N鍵分別需要的能量是436kJ、391kJ、946kJ，則N2與H2反應生成NH3的熱化學方程式為________________________       。

（4）合成氨工業(yè)對國民經(jīng)濟和社會發(fā)展具有重要的意義。對于密閉容器中的反應： N2(g)+3H2(g)2NH3(g)，在673K，30MPa下n(NH3)和n(H2)隨時間變化的關(guān)系如下圖所示。下列敘述正確的是

A．點a的正反應速率比點b的大

B．點 c處反應達到平衡

C．點d (t1時刻) 和點 e (t2時刻) 處n(N2)不一樣

D．其他條件不變，773K下反應至t1時刻， n(H2)比上圖中d點的值大   

 

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科目：高中化學 來源：2010屆天津新華中學高三下學期第四次月考化學試卷 題型：填空題

下表是元素周期表的一部分．

 

(1)表中元素⑩的氫化物的化學式為           ，此氫化物的還原性比元素⑨的氫化物的還原性              （填強或弱）

(2)某元素原子的核外電子層中L層電子數(shù)比K層電子數(shù)多3，則該元素的元素符號是      ，其單質(zhì)的電子式為                 ．

(3)已知某些不同族元素的性質(zhì)也有一定的相似性，如元素③與元素⑧的氫氧化物有相似的性質(zhì)。寫出元素③的氫氧化物與NaOH溶液反應的化學方程式：

                                                                 ；

又如表中與元素⑦的性質(zhì)相似的不同族元素是            （填元素符號）

(4)元素⑤的氫化物是最重要的氮肥，是產(chǎn)量最大的化工產(chǎn)品之一。課本里介紹的合成氨技術(shù)叫哈伯法，是德國人哈伯在1905年發(fā)明的，其合成原理為：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)  △H= －92.4kJ/mol，他因此獲得了1918年諾貝爾化學獎。試回答下列問題：

  ①合成氨工業(yè)中采取的下列措施可用勒夏特列原理解釋的是            （填序號）

A．采用較高壓強（20Mpa~50Mpa）  

B．采用500℃的高溫   

C．用鐵觸媒作催化劑                

D．將生成的氨液化并及時從體系中分離出來，N2和H2循環(huán)到合成塔中并補充N2和H2

②上圖是實驗室模擬工業(yè)法合成氨的簡易裝置。簡述檢驗有氨氣生成的方法                                    。

  ③在298K時，將10 mol N2和30 mol H2放入合成塔中，為何放出的熱量小于924kJ？

                                                                         。

④1998年希臘亞里斯多德大學的Marmellos和Stoukides發(fā)明一種合成氨的新方法。在常壓下，將H2與用He稀釋的N2分別通入一加熱到570℃的，以鍶－鈰－釔－鈣鈦礦多孔陶瓷（SCY）為固體電解質(zhì)的電解池中轉(zhuǎn)化為氨氣（SCY陶瓷能傳遞H+），H2轉(zhuǎn)化率達到78％。其實驗裝置如圖所示。陰極的電極反應式                   。

 

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