Question

【題目】氨主要用于生產化肥和硝酸。“十三五”期間，預計我國合成氨產量將保持穩中略增。

(1)目前工業上用氮氣和氫氣合成氨的生產條件為________________________。

(2)如圖是不同溫度和不同壓強下，反應達到平衡后，混合物中NH3含量(體積%)的變化情況。已知初始時n(N2)：n(H2)=1：3。判斷p1、p2的大小關系，并簡述理由。 _____________________

(3)實驗室在2L密閉容器中加入1mol氮氣和3mol氫氣模擬工業合成氨。若反應2min，氣體的總物質的量減少了0.8mol，則2min內氨氣的生成速率為____________。

(4)常見氮肥有氨水、氯化銨、硫酸銨、尿素等。常溫下，c(NH4+)相等的氨水、氯化銨、硫酸銨三種溶液，氨水、氯化銨、硫酸銨的濃度從大到小的關系為__________________。

(5)草木灰主要含有碳酸鉀，解釋草木灰不宜與銨態氮肥混合使用的原因__________。

Answer 1

【答案】催化劑：鐵觸媒，溫度：400℃～500℃，壓強：30MPa～50MPa p2>p1，在合成氨的反應中，其他條件不變，壓強越大NH3的含量越高 0.2mol/(L·min） 氨水>氯化銨>硫酸銨 銨根離子和碳酸根離子相互促進水解，會降低N元素的利用率，因此兩者不能混合使用。

【解析】

(1)合成氨為氣體體積縮小的放熱反應，需要在高溫、高壓、催化劑條件下進行；

(2)根據圖象可知，壓強相同時，升高溫度后氨氣的含量減小，據此判斷合成氨的反應熱；溫度相同時，壓強越大平衡向著正向移動，氨氣的含量越大，據此判斷壓強大小；

(3)用差量方法計算反應產生的氨氣的物質的量，然后根據速率定義式計算v(NH3)；

(4)氨水中是一水合氨為弱堿，其電離程度較小，其它兩種物質都是銨鹽，銨根離子的水解程度較小，則三種溶液濃度相同時，氨水中銨根離子濃度最小，據此可判斷c(NH4+)相同時三種溶液的濃度大小。

(5)草木灰的水溶液呈堿性，而硝酸銨能夠和堿性物質反應生成氣體，所以不能混合使用.

(1)合成氨的反應為N2(g)+3H2(g)2NH3(g)，該反應的正反應是氣體體積減小的放熱反應，由于N2分子中N≡N三鍵的鍵能很大，所以反應要在高溫下進行，但溫度太高，化學平衡逆向移動，對氨的合成不利，鑒于在400℃～500℃時催化劑鐵觸媒的催化活性最大，所以一般采用溫度：400℃～500℃，用鐵觸媒作催化劑，最增大壓強既可以提高反應速率，同時又可以提高氨氣的平衡含量，一般采用較高的壓強，考慮到產生動力需消耗較高的能量，同時對設備采用提出的較高的要求，一般是采用壓強：30MPa～50MPa；

(2)合成氨為氣體體積縮小的反應，壓強越大氨氣的含量越高，根據圖象可知，溫度相同時p2條件下氨氣的含量較高，則pl、p2壓強的大小關系為p2>pl；

(3)根據方程式N2(g)+3H2(g)2NH3(g)可知：每反應消耗4體積的氣體，會產生2體積的NH3，由反應前到反應后，氣體體積減小2體積，根據n=可知氣體的體積比等于氣體的物質的量的比，所以在2L密閉容器中加入1mol氮氣和3mol氫氣模擬工業合成氨。若反應2min，氣體的總物質的量減少了0.8mol，則反應產生NH3的物質的量是0.8mol，則2min內氨氣的生成速率v(NH3)==0.2 mol/(L·min）。

(4)氨水中的一水合氨是弱電解質，其電離程度較小；NH4Cl、(NH4)2SO4都是銨鹽，銨根離子的水解程度較小，根據鹽中含有的NH4+的數目關系，則四種溶液濃度相同時，氨水中 c(NH4+)最小，(NH4)2SO4的最大，則c(NH4+)相等的氨水、氯化銨、硫酸銨三種溶液，氨水、氯化銨、硫酸銨的濃度從大到小的關系為氨水>氯化銨>硫酸銨；

(5)草木灰主要含有碳酸鉀，該鹽是強堿弱酸鹽，CO32-水解，使溶液顯堿性；銨態氮肥屬于強酸弱堿鹽，NH4+水解產生NH3·H2O，使溶液顯酸性，若將兩種鹽溶液混合，由于碳酸根和銨根在一定條件發生雙水解，生成二氧化碳和氨氣，降低氮的含量，使肥效降低，所以草木灰不宜與銨態氮肥混合使用。