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合成氨尿素工业生产过程中涉及到的物质转化过程如下图所示.

(1)天然气在高温、催化剂作用下与水蒸气反应生成H2和CO的化学方程式为______.
(2)在合成氨生产中,将生成的氨及时从反应后的气体中分离出来.运用化学平衡的知识分析这样做的是否有利于氨的合成,说明理由:______.
(3)如图为合成氨反应在不同温度和压强、使用相同催化剂条件下,初始时氮气、氢气的体积比为1:3时,平衡混合物中氨的体积分数.

①若分别用υA(NH3)和υB(NH3) 表示从反应开始至达平衡状态A、B时的化学反应速率,则υA(NH3)______υB(NH3)(填“>”、“<”或“=”).
②在相同温度、当压强由p1变为p3时,合成氨反应的化学平衡常数______.(填“变大”、“变小”或“不变”).
③在250℃、1.0×104kPa下,H2的转化率为______%(计算结果保留小数点后1位).
(4)NH3(g) 与CO2(g) 经过两步反应生成尿素,两步反应的能量变化示意图如下:

NH3(g) 与CO2(g) 反应生成尿素的热化学方程式为______.
(5)运输氨时,不能使用铜及其合金制造的管道阀门.因为,在潮湿的环境中,金属铜在有NH3存在时能被空气中的O2氧化,生成Cu(NH342+,该反应的离子方程式为______.

解:(1)甲烷与水蒸气反应生成一氧化碳和氢气,该反应为CH4+H2OCO+3H2,故答案为:CH4+H2OCO+3H2
(2)减少生成物的浓度,化学平衡正向移动,所以移走氨气,减小生成物浓度,平衡右移,有利于氨生成,故答案为:移走氨气,减小生成物浓度,平衡右移,有利于氨生成;
(3)①温度越大,压强越大,反应速率越大,由图可知,B对应的温度、压强大,则反应速率大,故答案为:<;
②化学平衡常数只与温度有关,显然温度不变,则化学平衡常数K不变,故答案为:不变;
③在250℃、1.0×104kPa下,氨气的体积分数为50%,则
       N2+3H2?2NH3
开始    1   3    0
转化    x    3x  2x
平衡  1-x   3-3x  2x
所以=50%,解得x=,则氢气的转化率为×100%=66.7%,故答案为:66.7;
(4)由图示可知,两步反应的完成的热效应与一步完成的热效应是相同的,将两个反应相加可得2NH3(g)+CO2(g)═CO(NH22(s)+H2O(l)△H=-134 kJ/mol,
故答案为:2NH3(g)+CO2(g)═CO(NH22(s)+H2O(l)△H=-134 kJ/mol;
(5)铜在有NH3存在时能被空气中的O2氧化,生成Cu(NH342+,该离子反应为2Cu+8NH3+O2+2H2O═2Cu(NH342++4OH-,故答案为:2Cu+8NH3+O2+2H2O═2Cu(NH342++4OH-
分析:(1)甲烷与水蒸气反应生成一氧化碳和氢气;
(2)减少生成物的浓度,化学平衡正向移动;
(3)①温度越大,压强越大,反应速率越大;
②化学平衡常数只与温度有关;
③在250℃、1.0×104kPa下,氨气的体积分数为50%,则
       N2+3H2?2NH3
开始    1   3    0
转化    x    3x  2x
平衡  1-x   3-3x  2x
所以=50%,以此计算转化率;
(4)由图示可知,两步反应的完成的热效应与一步完成的热效应是相同的;
(5)铜在有NH3存在时能被空气中的O2氧化,生成Cu(NH342+,以此书写离子反应.
点评:本题考查制备实验方案的设计,综合性较强,题目难度较大,涉及化学平衡及计算、离子反应、氧化还原反应,热化学反应等高考常考考点,注重学生能力的训练,把握图象及数据处理即可解答.
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科目:高中化学 来源: 题型:

硝酸是一种重要的工业原料,工业制硝酸的关键是氨的催化氧化,与硝酸工业相关的过

程中产生的氮氧化物的处理与应用也是科学研究的热点。

I.甲、乙分别是实验室模拟合成氨及氨催化氧化的装置

 


⑴ 氮气和氢气通过甲装置,甲装置的作用除了将气体混合外,还有控制气体流速、  ▲ 

⑵ 用乙装置吸收一段时间氨后,再通入空气,同时将经加热的铂丝插入乙装置的锥形瓶内,铂丝保

持红热的原因是    ▲    ,写出乙装置中氨氧化的化学方程式  ▲  。反应结束后锥形瓶内的溶

液中含有H、OH  ▲     ▲   离子。

II.工业生产硝酸的尾气中含有氮氧化物NOx(NO和NO2的混合物,假设不含N2O4),对生态环境和人类健康带来较大的威胁。

⑴ 工业上常用Na2CO3溶液吸收法处理NOx

已知:NO不能与Na2CO3溶液反应    

NO + NO2 + Na2CO3 = 2NaNO2 + CO2          ① 

2NO2 + Na2CO3 = NaNO2 + NaNO3 + CO2    ②

当NOx被Na2CO3溶液完全吸收时,x的值不可能是   ▲   (填字母)。

A.1.3                 B.1.6             C.1.8

⑵ 尿素也可用于吸收处理NOx,其反应原理为:

NO+NO2+H2O=2HNO2     

2HNO2+CO(NH2)2=2N2↑+CO2↑+3H2O。

当混合气体中NO、NO2按上述反应中系数比时吸收效果最佳。若混合气体中V(NO)∶V(NO2)=5∶1时,可通入一定量的空气,同温同压下,V(空气)∶V(NO)=  ▲  (空气中氧气的体积含量约为20%)。

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