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德国化学家哈伯从1902年开始研究由氮气和氢气直接合成氨.合成氨是人类科学技术上的一项重大突破,其反应原理为:N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g)△H=-92.4kJ•mol-1一种利用天然气合成氨的简易
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更新时间:2024-04-27 02:49:16
问题描述:

德国化学家哈伯从1902年开始研究由氮气和氢气直接合成氨.合成氨是人类科学技术上的一项重大突破,其反应原理为:N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g)△H=-92.4kJ•mol-1

一种利用天然气合成氨的简易流程如下:

天然气先经脱硫,然后通过两次转化,再经过二氧化碳脱除等工序,得到氮氢混合气,进入氨合成塔,制得产品氨.

(1)根据化学平衡移动原理,为提高合成氨的生产效率,选择氨合成塔中适宜的生产条件是___.

(2)CH4与水蒸气制氢气的反应为CH4(g)+H2O (g)⇌CO (g)+3H2(g),在2L的密闭容器中,将物质的量各1mol的CH4和H2O (g)混合反应,CH4的平衡转化率与温度、压强的关系如下图所示:

①该反应的△H___0(填>、<).

②图中压强P1___P2(填>、<).

③200℃时该反应的平衡常数K=___(保留一位小数).

(3)NH3经过催化氧化生成NO,以NO为原料通过电解的方法可以制备NH4NO3,其总反应是8NO+7H2O 电解 .

3NH4NO3+2HNO3,试写出以惰性材料作电极的阴极反应式:___;阳极反应式:___;电解过程中需要补充一种物质才能使电解产物全部转化为NH4NO3,该物质是___.

申展回答:
  (1)因为合成氨的反应为气体减小的放热反应,所以低温高压反应转化率较大,但低温速率较慢,催化剂活性较低,所以氨合成塔中适宜的生产条件是适宜的高温,高压和催化剂,   故答案为:适宜的高温,高压和催化剂;   (2)①由图可知,压强不变,温度越高CH4(g)的转化率越大,故温度升高平衡向正反应方向移动,升高温度平衡向吸热反应方向移动,所以正反应为吸热反应,即△H>0,   故答案为:>;   ②温度容积不变,增大压强平衡向体积减小的方向移动即逆反应方向移动,则CH4(g)的转化率越小,所以压强越大,CH4(g)的转化率越小,则P1<P2,   故答案为:<;   ③200℃,CH4(g)的转化率0.8,所以参加反应的CH4(g)的物质的量为0.8mol.   对于反应    CH4(g)+H2O(g)═CO(g)+3H2(g);   开始(mol):1       1        0      0   变化(mol):0.8    0.8      0.8    2.4   平衡(mol):0.2    0.2      0.8    2.4   所以200℃时该反应的平衡常数k=c(CO)×c
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