Question

工业合成氨与制备硝酸一般可连续生产，流程如图甲所示：
请回答下列问题：
I．合成氨
（1）已知在一定的温度下进入装置①的氮、氢混合气体（按理论计量比混合）与从装置①出来的混合气体压强之比为5：4，则氮气的转化率为

 

．
II．氨的接触氧化原理
已知1：在900℃时，装置②中反应有：
4NH₃（g）+5O₂（g）?4NO（g）+6H₂O（g）；△H=-905.5kJ?mol^-1（900℃）
4NH₃（g）+4O₂（g）?2N₂O（g）+6H₂O（g）；△H=-1103kJ?mol^-1（900℃）
4NH₃（g）+3O₂（g）?2N₂（g）+6H₂O（g）；△H=-1267kJ?mol^-1（900℃）
除了上列反应外，氨和一氧化氮相互作用：
4NH₃（g）+6NO（g）?5N₂（g）+6H₂O（g）；△H=-1804kJ?mol^-1，还可能发生氨、一氧化氮的分解．
已知2：铂一铑合金催化剂的催化机理为离解和结合两过程，如图乙所示：由于铂对NO和水分子的吸附力较小，有利于氮与氧原子结合，使得NO和水分子在铂表面脱附，进入气相中．请回答第（2）（3）小题：
（2）完成热化学方程式：2NO（g）?N₂（g）+O₂（g）；△H=

 

．
（3）若没有使用钼一铑合金催化剂，氨氧化结果将主要生成

 

．说明催化剂对反应有

 

（4）温度对一氧化氮产率的影响（图丙）
当温度大于900℃时，NO的产率下降的原因

 

（选填序号）．
A．促进了一氧化氮的分解   B．促进了氨的分解
C．使氨和一氧化氮的反应平衡移动，生成更多N₂．

Answer 1

考点：有关反应热的计算,化学平衡的影响因素

专题：化学反应中的能量变化,化学平衡专题

分析：（1）令起始氮气为1mol、氢气为3mol，利用压强之比等于物质的量之比计算从装置①出来的混合气体的物质的量，利用差量法计算参加反应氮气的物质的量，再根据转化率定义计算；
（2）由已知热化学方程式，根据盖斯定律构造目标热化学方程式，据此计算；
（3）没有使用铂-铑合金催化剂，氢气和氧气反应，氮气和氢气不能反应，说明催化剂具有选择性；
（4）由图象可知，温度高于900℃时，NO的产率降低，氮气的产率增大，各反应为放热反应，高温下不利于向正反应进行，应是氨气、NO分解导致．

解答： 解：（1）令起始氮气为1mol、氢气为3mol，则从装置①出来的混合气体的物质的量为（1mol+3mol）×

4

5

=3.2mol，设消耗的氮气的量是x，则：
N₂ +3H₂?2NH₃ 物质的量减少
1   3      2     2
x            4mol-3.2mol=0.8mol 
故x=0.4mol，
氮气的转化率=

0.4mol

1mol

×100%=40%，
（2）根据反应可得：①2NO（g）+3H₂O（g）?2NH₃（g）+

5

2

O₂（g）△H=

1

2

×905.5kJ?mol^-1=452.75kJ?mol^-1，
②2NH₃（g）+

3

2

O₂（g）?N₂（g）+3H₂O（g）△H=-1267×

1

2

kJ?mol^-1=-633.5kJ?mol^-1；
根据盖斯定律，①+②得2NO（g）?N₂（g）+O₂（g），所以△H=-633.5kJ?mol^-1+452.75kJ?mol^-1=-180.75 kJ?mol^-1，
故答案为：-180.75 kJ?mol^-1；
（3）若没有使用铂-铑合金催化剂，氢气会和氧气反应生成水，氮气和氢气不能反应，主要生成氮气与水蒸气，说明催化剂具有选择性，
故答案为：氮气和水蒸气；选择性；
（4）各反应为放热反应，高温下不利于向正反应进行，氮气的产率会降低，由图象可知，温度高于900℃时，NO的产率降低，氮气的产率增大，故温度高于900℃时应是氨气、NO分解导致NO产率降低，
故答案为：AB．

点评：本题是一道工业合成氨的综合性题目，涉及化学平衡计算、反应热的计算、图象分析等，（4）中注意根据NO、氮气的产率变化结合温度对平衡的影响分析解答，难度较大．