Question

（2011?寧波模擬）一種“人工固氮”的新方法是在光照條件下，N₂在催化劑表面與水蒸氣發生反應生成NH₃和氧氣． 已知：

化學鍵	N≡N	H-O	N-H	O=O
鍵能/kJ?mol-1	945	463	391	498

（1）請根據以上信息，寫出“人工固氮”新方法的熱化學方程式：

N₂（g）+3H₂O（g）2NH₃（g）+

3

2

O₂（g）；△H=+630kJ?mol^-1

；
（2）進一步研究NH₃生成量與溫度的關系，部分實驗數據見下表（反應時間3h）：

T/℃	30	40	50
生成NH3量/（10-6mol/L）	4.8	5.9	6.0

①50℃時從開始到3h內以O₂物質的量濃度變化表示的平均反應速率為

1.5×l0^-6mol/（L?h）（或2.5×l0^-8mol/（L?min）

；
②與目前廣泛應用的工業合成氨方法相比，該方法中固氮反應速率慢．請提出可提高其反應速率且增大NH₃生成量的建議（請寫出兩條）

升高溫度

、

增大壓強

；
（3）氨是氮肥工業的重要原料．某化肥廠生產銨態氮肥（NH₄）₂SO₄的工業流程如下：

①往沉淀池中裝入CaSO₄懸濁液后，需先通入足量NH₃，再通入CO₂的原因是

氨在水中溶解度大，使溶液呈堿性，有利于吸收CO₂，增大c（CO₃^2-），促使CaSO₄轉化為CaCO₃，同時生成（NH₄）₂SO₄

．
②煅燒爐中產生的固態副產品為

CaO（或生石灰）

，生產流程中能被循環利用的物質X為

CO₂（或二氧化碳）

．

Answer 1

分析：（1）舊鍵的斷裂吸收的能量和新鍵的生成釋放的能量的差值即為反應的焓變值；
（2）①根據化學反應速率公式v=

△c

△t

進行計算即可；②影響化學反應速率的外界因素有溫度、濃度、壓強、催化劑等；
（3）①氨水顯堿性，二氧化碳是酸性氣體，保證原料氣的充分利用，要考慮通氣體的先后順序；
②碳酸鈣高溫分解生成氧化鈣和二氧化碳．

解答：解：根據題目信息，N₂在催化劑表面與水蒸氣發生反應生成NH₃和氧氣，寫熱化學方程式的物質變化部分為：N₂+3H₂O2NH₃+

3

2

O₂，舊鍵斷裂吸收的能量為：945kJ+6×463kJ=3723kJ，新鍵生成釋放的能量為：6×391KJ+

3

2

×498KJ=3093KJ所以△H=3723kJ?mol^-1-3093kJ?mol^-1=+630kJ?mol^-1，故答案為：N₂（g）+3H₂O（g）2NH₃（g）+

3

2

O₂（g）；△H=+630kJ?mol^-1；
（2）①50℃時從開始到3h內，根據化學反應速率公式v（NH₃）=

△c

△t

=

6.0×10-6mol/l

3h

=2.0×10^-6（mol/（l?h）），氨氣的反應速率和氧氣的反應速率之比等于系數之比，即為4：3，故v（O₂）=1.5×l0^-6 mol/（L?h）（或2.5×l0^-8 mol/（L?min），故答案為：1.5×l0^-6 mol/（L?h）（或2.5×l0^-8 mol/（L?min）；
②加快化學反應速率的外界因素有升高溫度、加大濃度、加大壓強、使用催化劑等，對于該反應可以升高溫度、增大壓強，及時補充反應物等，故答案為：升高溫度；增大壓強；
（3）①先通入足量NH₃，再通入CO₂的原因是：氨在水中溶解度大，使溶液呈堿性，有利于吸收CO₂，增大c（CO₃^2-），促使CaSO₄轉化為CaCO₃，同時生成（NH₄）₂SO₄，故答案為：氨在水中溶解度大，使溶液呈堿性，有利于吸收CO₂，增大c（CO₃^2-），促使CaSO₄轉化為CaCO₃，同時生成（NH₄）₂SO₄；
②碳酸鈣高溫分解生成氧化鈣和二氧化碳，固態副產品為CaO（或生石灰），CO₂（或二氧化碳）能被循環利用，故答案為：CaO（或生石灰）；CO₂（或二氧化碳）．

點評：本題是一道元素基化合物性質的綜合題，難度較大，要求學生具備分析和解決問題的能力．