Question

【題目】（一）合成氨工藝（流程如圖所示）是人工固氮最重要的途徑。

2018年是合成氨工業(yè)先驅(qū)哈伯（PHaber）獲得諾貝爾獎(jiǎng)100周年。N2和H2生成NH3的反應(yīng)為：1/2N2（g）+3/2H2（g） NH3（g） △H(298K)= - 46.2KJmol-1,在Fe催化劑作用下的反應(yīng)歷程為（*表示吸附態(tài)）

化學(xué)吸附：N2（g）→2N*；H2（g）→2H*；

表面反應(yīng)：N*+ H* NH*；NH*+ H* NH2*；NH2* + H*NH3*

脫附：NH3* NH3（g）

其中， N2的吸附分解反應(yīng)活化能高、速率慢，決定了合成氨的整體反應(yīng)速率。 請(qǐng)回答：

（1）利于提高合成氨平衡產(chǎn)率的條件有__________。

A．低溫 　　　　B.高溫 　　　　　 C.低壓 　　　　　 D.高壓 　　　　 E.催化劑

（2）標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)KΘ=，其中pΘ為標(biāo)準(zhǔn)壓強(qiáng)（1X105Pa），p NH3、 p N2和p H2為各組分的平衡分壓，如p NH3=x NH3 p，p為平衡總壓，x NH3為平衡系統(tǒng)中NH3的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)。

①N2和H2起始物質(zhì)的量之比為1：3，反應(yīng)在恒定溫度和標(biāo)準(zhǔn)壓強(qiáng)下進(jìn)行，NH3的平衡產(chǎn)率為w，則KΘ=_____________（用含w的最簡(jiǎn)式表示）

②下圖中可以示意標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)KΘ隨溫度T變化趨勢(shì)的是_______。

（3）實(shí)際生產(chǎn)中，常用工藝條件，F(xiàn)e作催化劑，控制溫度773K，壓強(qiáng)3.0X105Pa，原料中N2和H2物質(zhì)的量之比為1：2.8。

①分析說(shuō)明原料氣中N2過(guò)量的理由________________________。

②關(guān)于合成氨工藝的下列理解，正確的是_______。

A.合成氨反應(yīng)在不同溫度下的△H和△S都小于零

B.控制溫度（773K）遠(yuǎn)高于室溫，是為了保證盡可能的平衡轉(zhuǎn)化率和快的反應(yīng)速率

C.當(dāng)溫度、壓強(qiáng)一定時(shí)，在原料氣（N2和H2的比例不變）中添加少量惰性氣體，有利于提高平衡轉(zhuǎn)化率

D.基于NH3有較強(qiáng)的分子間作用力可將其液化，不斷將液氨移去，利于反應(yīng)正向進(jìn)行

E.分離空氣可得N2，通過(guò)天然氣和水蒸氣轉(zhuǎn)化可得H2，原料氣須經(jīng)過(guò)凈化處理，以防止催化劑中毒和安全事故發(fā)生。

（二）高鐵酸鉀（K2FeO4）可用作水處理劑。某同學(xué)通過(guò)“化學(xué)-電解法”探究的合成，其原理如圖所示。接通電源，調(diào)節(jié)電壓，將一定量Cl2通入KOH溶液，然后滴入含F(xiàn)e3+的溶液，控制溫度，可制得K2FeO4。

（1）請(qǐng)寫(xiě)出“化學(xué)法”得到FeO42-的離子方程式___________________________。

（2）請(qǐng)寫(xiě)出陽(yáng)極的電極反應(yīng)式（含F(xiàn)eO42-）___________________________________。

Answer 1

【答案】AD A 原料氣中N2相對(duì)易得，適度過(guò)量有利于提高H2的轉(zhuǎn)化率；N2在Fe催化劑上的吸附是決速步驟，適度過(guò)量有利于提高整體反應(yīng)速率。 ADE 2Fe3+＋3C1O-＋10OH-＝2FeO42-＋3Cl-＋5H2O或2Fe(OH)3+3C1O-＋4OH-＝2FeO42-＋3Cl-＋5H2O Fe3++8OH—3e-=FeO42-＋4H2O或Fe(OH)3+5OH--3e-=FeO42-＋4H2O

【解析】

(一)（1）由勒夏特列原理可知，根據(jù)反應(yīng)N2（g）＋H2（g）NH3（g）△H（298K）＝－46.2kJ/mol，為了提高合成氨平衡產(chǎn)率，即平衡正向移動(dòng)，低溫和高壓符合條件，答案選AD；

（2）① N2（g）＋H2（g）NH3（g）

起始量： 1 3 0

轉(zhuǎn)化量： 3 2

平衡量： 1- 3-3 2

x(NH3)%=；x(N2)%=；x(H2)%=

，化簡(jiǎn)得；

②反應(yīng)N2（g）＋H2（g）NH3（g）△H（298K）＝－46.2kJ/mol為放熱反應(yīng)，溫度T升高，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，K0減小，InK0也減小，InK0與溫度不成正比，故答案選A；

（3）①由反應(yīng)N2（g）＋H2（g）NH3（g）可知，加過(guò)量氮?dú)猓�有利于平衡正向移�?dòng)，提高H2的轉(zhuǎn)化率以及氨氣的產(chǎn)率，同時(shí)根據(jù)題干“N2的吸附分解反應(yīng)活化能高、速率慢，決定了合成氨的整體反應(yīng)速率�！笨芍�，N2在Fe催化劑上的吸附是決速步驟，適度過(guò)量有利于提高整體反應(yīng)速率。②易知A選項(xiàng)正確；控制溫度遠(yuǎn)高于室溫是為了保證催化劑的活性，提高反應(yīng)速率，并非為了保證盡可能高的平衡轉(zhuǎn)化率和快的反應(yīng)速率，B錯(cuò)誤；恒壓條件充入少量惰性氣體，相當(dāng)于減壓，平衡逆向移動(dòng)，不利于提高平衡轉(zhuǎn)化率，C錯(cuò)誤；不斷將氨氣液化，生成物濃度降低，有利于平衡正向移動(dòng)，D正確，當(dāng)選；通過(guò)天然氣和水蒸氣轉(zhuǎn)化制得的H2，由于含有CH4，CO等易燃易爆氣體，容易出現(xiàn)安全隱患，此外CH4，CO可能會(huì)與催化劑反應(yīng)，造成催化劑活性降低，所以必須經(jīng)過(guò)凈化處理，E正確。答案選ADE；

（二）（1）將一定量C12通入KOH溶液，生成KCl和KClO，KClO具有強(qiáng)氧化性，將Fe3+氧化為FeO42-，然后根據(jù)堿性環(huán)境，配平即可，得到2Fe3+＋3C1O-＋10OH-＝2FeO42-＋3Cl-＋5H2O或2Fe(OH)3+3C1O-＋4OH-＝2FeO42-＋3Cl-＋5H2O；

（2）陽(yáng)極失電子，反應(yīng)物為Fe3+產(chǎn)物為FeO42-，然后根據(jù)堿性環(huán)境及守恒規(guī)則，易寫(xiě)出Fe3++8OH- -3e-=FeO42-＋4H2O或Fe(OH)3+5OH--3e-=FeO42-＋4H2O。