Question

一種“人工固氮”的新方法是在光照條件下，N₂在催化劑表面與水蒸氣發(fā)生反應(yīng)生成NH₃和氧氣． 已知：

化學(xué)鍵	N≡N	H-O	N-H	O=O
鍵能/kJ?mol-1	945	463	391	498

（1）請根據(jù)以上信息，寫出“人工固氮”新方法的熱化學(xué)方程式：______；
（2）進一步研究NH₃生成量與溫度的關(guān)系，部分實驗數(shù)據(jù)見下表（反應(yīng)時間3h）：

T/℃	30	40	50
生成NH3量/（10-6mo1/L）	4.8	5.9	6.0

①50℃時從開始到3h內(nèi)以O(shè)₂物質(zhì)的量濃度變化表示的平均反應(yīng)速率為______；
②與目前廣泛應(yīng)用的工業(yè)合成氨方法相比，該方法中固氮反應(yīng)速率慢．請?zhí)岢隹商岣咂浞磻?yīng)速率且增大NH₃生成量的建議（請寫出兩條）______、______；
（3）氨是氮肥工業(yè)的重要原料．某化肥廠生產(chǎn)銨態(tài)氮肥（NH₄）₂SO₄的工業(yè)流程如下：

①往沉淀池中裝入CaSO₄懸濁液后，需先通入足量NH₃，再通入CO₂的原因是______．
②煅燒爐中產(chǎn)生的固態(tài)副產(chǎn)品為______，生產(chǎn)流程中能被循環(huán)利用的物質(zhì)X為______．

Answer 1

解：根據(jù)題目信息，N₂在催化劑表面與水蒸氣發(fā)生反應(yīng)生成NH₃和氧氣，寫熱化學(xué)方程式的物質(zhì)變化部分為：N₂+3H₂O2NH₃+O₂，舊鍵斷裂吸收的能量為：945kJ+6×463kJ=3723kJ，新鍵生成釋放的能量為：6×391KJ+×498KJ=3093KJ所以△H=3723kJ?mol^-1-3093kJ?mol^-1=+630kJ?mol^-1，故答案為：N₂（g）+3H₂O（g）2NH₃（g）+O₂（g）；△H=+630kJ?mol^-1；
（2）①50℃時從開始到3h內(nèi)，根據(jù)化學(xué)反應(yīng)速率公式v（NH₃）===2.0×10^-6（mol/（l?h）），氨氣的反應(yīng)速率和氧氣的反應(yīng)速率之比等于系數(shù)之比，即為4：3，故v（O₂）=1.5×l0^-6 mol/（L?h）（或2.5×l0^-8 mol/（L?min），故答案為：1.5×l0^-6 mol/（L?h）（或2.5×l0^-8 mol/（L?min）；
②加快化學(xué)反應(yīng)速率的外界因素有升高溫度、加大濃度、加大壓強、使用催化劑等，對于該反應(yīng)可以升高溫度、增大壓強，及時補充反應(yīng)物等，故答案為：升高溫度；增大壓強；
（3）①先通入足量NH₃，再通入CO₂的原因是：氨在水中溶解度大，使溶液呈堿性，有利于吸收CO₂，增大c（CO₃^2-），促使CaSO₄轉(zhuǎn)化為CaCO₃，同時生成（NH₄）₂SO₄，故答案為：氨在水中溶解度大，使溶液呈堿性，有利于吸收CO₂，增大c（CO₃^2-），促使CaSO₄轉(zhuǎn)化為CaCO₃，同時生成（NH₄）₂SO₄；
②碳酸鈣高溫分解生成氧化鈣和二氧化碳，固態(tài)副產(chǎn)品為CaO（或生石灰），CO₂（或二氧化碳）能被循環(huán)利用，故答案為：CaO（或生石灰）；CO₂（或二氧化碳）．
分析：（1）舊鍵的斷裂吸收的能量和新鍵的生成釋放的能量的差值即為反應(yīng)的焓變值；
（2）①根據(jù)化學(xué)反應(yīng)速率公式v=進行計算即可；②影響化學(xué)反應(yīng)速率的外界因素有溫度、濃度、壓強、催化劑等；
（3）①氨水顯堿性，二氧化碳是酸性氣體，保證原料氣的充分利用，要考慮通氣體的先后順序；
②碳酸鈣高溫分解生成氧化鈣和二氧化碳．
點評：本題是一道元素基化合物性質(zhì)的綜合題，難度較大，要求學(xué)生具備分析和解決問題的能力．