Question

(Ⅰ)德国人哈伯在1905年发明的合成氨反应原理为:N₂(g)+3H₂(g) 2NH₃(g);已知298 K时,ΔH=-92.4 kJ·mol^-1,ΔS=-198.2 J·mol^-1·K^-1.试回答下列问题:

(1)请根据正反应的焓变和熵变计算分析298 K下合成氨反应能自发进行(列出算式即可)___________________.其浓度熵(Q_c) __________________化学平衡常数(K_c)(填“大于”“等于”或“小于”）时，反应向右进行.

(2)在实际工业合成氨生产中采取的措施是__________________ (填序号).

A.采用较低压强

B.采用800 K左右的高温

C.用铁触媒作催化剂

D.将生成的氨液化并及时从体系中分离出来,N₂和H₂循环到合成塔中并补充N₂和H₂

(3)如下图所示是实验室模拟工业法合成氨的简易装置,简述检验有氨气生成的方法

___________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________.

 (Ⅱ)硝酸是一种重要的化工原料,工业上通常采用氨氧化法制取.某校化学兴趣小组的同学设计了如下图所示装置利用中学实验室常见试剂制取NH₃,并以空气,NH₃为原料模拟工业制HNO₃(三氧化二铬为催化剂,加热及夹持装置未画出):

回答下列问题:

(1)实验时,A,C两装置均需加热,应先加热______________装置,原因是___________________;

(2)D装置中应填充的物质是______________,该物质的主要作用是______________;

(3)E装置的作用是______________,F,G装置中的物质分别是______________、______________;

(4)若保留上图中黑色粗线框内的装置但去掉通空气的导管B,将C装置中的双孔橡皮塞换成单孔橡皮塞,请你用图示的方法设计一个最简单的实验方案同样完成硝酸的制取(在如下图所示的方框中画出装置图并注明所用药品的名称).

Answer 1

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)用湿润的红色石蕊试纸放在导管口处,若试纸变蓝,说明有氨气生成

Ⅱ.(1)C  使催化剂达到适宜温度,提高NH₃的转化率

 (2)P₂O₅或无水CaCl₂  除去C中未反应的氨气

(3)安全瓶,防止倒吸  水  NaOH溶液 

(4)如右图

解析:

本题为实验题,第Ⅰ部分考查了化学反应方向的判断问题,该问题为新教材新增知识点.依据ΔH-TΔS代入数值经计算为小于0,故能自发进行.在实际合成氨生产中,结合催化剂的催化活性,综合考虑反应速率和转化率的问题,选定800 K左右的高温,且将生成的NH₃及时分离,补充N₂和H₂以利于反应向生成NH₃的方向进行.实验室检验氨气的方法可用湿润的红色石蕊试纸放在导管口处,看是否变蓝色.

第Ⅱ部分为模拟工业制硝酸的实验.因氨气的催化氧化需要在一定的温度下进行,故应提前将催化剂加热,提高NH₃的转化率,在吸收前设计了除去未反应的氨气的装置;另外题目还设计了防倒吸装置及尾气处理装置.最后一小题让考生设计能将NH₃和空气混合气一次制取的最简单方案,故可设计将空气通入浓氨水中,带出氨气的方法.