Question

下圖是工業(yè)生產(chǎn)硝酸的流程。

合成塔中內(nèi)置鐵觸媒，氧化爐中內(nèi)置Pt－Rh合金網(wǎng)。請(qǐng)回答下列問(wèn)題：

⑴ 1909年化學(xué)家哈伯在實(shí)驗(yàn)室首次合成了氨。2007年化學(xué)家格哈德·埃特爾在哈伯研究所證實(shí)了氫氣與氮?dú)庠诠腆w催化劑表面合成氨的反應(yīng)過(guò)程，示意如下：

、、分別表示N₂、H₂、NH₃。圖⑤表示生成的NH₃離開催化劑表面，圖②和圖③的含義分別是    。

⑵ 合成氨反應(yīng)的化學(xué)方程式為N2(g)＋3H₂(g)2NH₃(g)，寫出該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式K＝

    。在一定溫度和壓強(qiáng)下，將H₂和N₂按3∶1(體積比)混合后進(jìn)入合成塔，反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，平衡混合氣中NH₃的體積分?jǐn)?shù)為15％，此時(shí)H₂的轉(zhuǎn)化率為    。

⑶ 已知：4NH₃(g)＋3O₂(g)＝2N₂(g)＋6H₂O(g)  △H＝－1266.8 kJ/mol

N₂(g)＋O₂(g)＝2NO(g)  △H＝＋180.5 kJ/mol

氨催化氧化的熱化學(xué)方程式為    。

⑷ 吸收塔中通入空氣的目的是    。

Answer 1

⑴ 圖②表示N₂、H₂被吸附在催化劑表面，圖③表示在催化劑表面，N₂、H₂中化學(xué)鍵斷裂

⑵ K＝   26％

⑶ 4NH₃(g)＋5O₂(g)＝4NO(g)＋6H₂O(g)  △H＝－905.8kJ/mol

⑷ 使NO循環(huán)利用，全部轉(zhuǎn)化成HNO₃

解析:

本題以工業(yè)生產(chǎn)HNO₃的背景，考查化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)，涉及化學(xué)平衡常數(shù)，轉(zhuǎn)化率的計(jì)算，蓋斯定律應(yīng)用等，屬中檔題。（2）設(shè)N₂、H₂的物質(zhì)的量分為a,3a mol，N₂的轉(zhuǎn)化率為x。

N₂(g)＋3H₂(g)2NH₃(g)

起始      a      3a           0

平衡     a-x    3a-3x         2x

轉(zhuǎn)化     x       3x          2x

NH₃%==15%，H₂的轉(zhuǎn)化率為：。

（3）總反應(yīng)可由①+②×2求得，??H將正負(fù)號(hào)一并帶入計(jì)算。

（4）工業(yè)生產(chǎn)HNO₃為循環(huán)反應(yīng)，為不使N元素?fù)p失，故可再通入O₂將其反應(yīng)。