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)。請回答下列問題：

⑴ 1909年化學(xué)家哈伯在實驗室首次合成了氨。2007年化學(xué)家格哈德·埃特爾在哈伯研究所證實了氫氣與氮氣在固體催化劑表面合成氨的反應(yīng)過程，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)表達式K＝

    。在一定溫度和壓強下，將H₂和N₂按3∶1(體積比)混合后進入合成塔，反應(yīng)達到平衡時，平衡混合氣中NH₃的體積分數(shù)為15％，此時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，涉及化學(xué)平衡常數(shù)，轉(zhuǎn)化率的計算，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將正負號一并帶入計算。

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