Question

【题目】氨是现代社会中必不可少的原料。催化合成氨是氮循环的重要一环。

（1）目前工业上用氢气和氮气合成氨。

①写出工业合成氨的化学方程式_____________________________。

② NH3和PH3的分解温度分别是600℃和500℃，热稳定性差异的原因是

____________________________________________________ ，

元素的非金属性逐渐减弱，氢化物稳定性逐渐减弱。

（2）工业合成氨主要经过原料气（N2、H2）的制取、净化、压缩合成三大过程。

①天然气蒸汽转化法是目前获取原料气中H2的主流方法。CH4经过两步反应完全转化为H2和CO2，其能量变化示意图如下：

1mol CH4(g)通过蒸汽转化为CO2(g)和H2(g)的热化学方程式是

______________________________________________________。

②CO变换过程可由Fe2O3催化完成。将下述催化过程补充完整：

i.3Fe2O3 + CO = 2Fe3O4 + CO2

ii._____________________________________________

③醋酸铜氨液可以吸收原料气中CO等少量杂质。吸收CO反应为：

[Cu(NH3)2]Ac(aq)+NH3(aq)+CO(g)==[Cu(NH3)3CO]Ac(aq) △H <0。

下图表示压强和温度对醋酸铜氨液吸收CO能力的影响。L（L1、L2），X可分别代表压强或温度。

i.X代表的物理量是_________。

ii.判断L1、L2的大小关系并简述理由_________________________________________。

（3）电化学法也可合成氨。下图是用低温固体质子导体作为电解质，用Pt-C3N4作阴极催化剂电解H2(g)和N2(g)合成NH3的原理示意图：

①Pt-C3N4电极反应产生的气体是NH3和______。

②实验表明，其它条件不变，逐渐增加电解电压，氨气生成速率会逐渐增大，但当电解电压高于1.2V后，氨气生成速率反而会随电压升高而下降，分析其可能原因_________________________。

Answer 1

【答案】 ① N2 + 3H2 2NH3 N、P都位于VA族。同主族元素，从上到下，原子半径逐渐增大 CH4(g)+2H2O(g)=CO2(g)+4H2(g) △H = +165.4 kJ/mol 2Fe3O4+H2O=3Fe2O3+H2 .压强 L1<L2。吸收CO反应放热（△H <0），当压强一定时，温度降低，醋酸铜氨溶液CO吸收能力增大。 H2 电压高于1.2V后，2H++2e-=H2↑（H+得电子生成H2）反应使生成氨气速率下降。

【解析】试题分析：（1）

①工业上用氢气和氮气高温高压合成氨气。

② 同主族元素从上到下非金属性减弱。

（2）①根据盖斯定律计算焓变；

②总反应减反应i可得反应ii的方程式；

③i. 根据温度、压强对平衡移动的影响分析；根据x增大，醋酸铜氨液吸收CO能力增大分析。

ii. 根据吸收CO反应放热（△H <0），当压强一定时，温度降低，醋酸铜氨溶液CO吸收能力增大判断L1、L2的大小。

（3）①根据 Pt-C3N4电极的阴极，发生还原反应，Pt-C3N4电极反应产生的气体是NH3和H2。

②电压高于1.2V后，发生2H++2e-=H2↑反应，所以。

解析：（1）①用氢气和氮气高温高压合成氨气的方程式为N2 + 3H2 2NH3。

②N、P都位于VA族，同主族元素从上到下非金属性减弱，氢化物稳定性逐渐减弱，所以NH3和PH3的分解温度分别是600℃和500℃。

（2）①根据第一步反应的图示，CH4(g)+H20(g)=CO(g)+3H2(g) △H=+206.4kJ/mol；根据第一步反应的图示，CO(g)+H20(g)=CO2(g)+3H2(g) △H=-41.0kJ/mol；根据盖斯定律，CH4(g)+2H2O(g)=CO2(g)+4H2(g) △H = +165.4 kJ/mol ；

②总反应减反应i可得反应ii的方程式,所以反应ii的方程式为2Fe3O4+H2O=3Fe2O3+H2；

③i. [Cu(NH3)2]Ac(aq) + NH3(aq) + CO(g) == [Cu(NH3)3CO]Ac(aq) △H <0，升高温度，平衡逆向移动，增大压强平衡正向移动，根据图示 x增大，醋酸铜氨液吸收CO能力增大，x表示压强。

ii. 根据吸收CO反应放热（△H <0），当压强一定时，温度降低，醋酸铜氨溶液CO吸收能力增大所以L1<L2。

（3）①根据 Pt-C3N4电极的阴极，发生还原反应所以。

②电压高于1.2V后，发生2H++2e-=H2↑反应，使生成氨气速率下降。