3.氨的工業制法 N2+3H2 2NH3 查看更多

 

題目列表(包括答案和解析)

氨的工業合成工藝的成熟推動了人類文明的進步,不少科技工作者為了尋找廉價的氨的制備方法,進行了前赴后繼的探索性工作。請回答下列各題:

(1)用氫氣和氮氣合成氨是一個可逆反應,化學方程式如下:N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)。已知,在常溫下,1g H2完全轉化為NH3,放出的熱量為15.4kJ。

①請寫出該反應的熱化學方程式                                      。常溫下,將10mol N2和30mol H2放入合成塔中,放出的熱量      (填“大于”或“大于”或“小于”)924 kJ

②如果一個反應的△H-T△S<0,則該反應能夠自發進行。已知該反應的△S=-198.2J?K-1?mol-1。請判斷上述氨氣的合成反應在常溫下       (填“能”或“不能”)自發進行。(2)Marnellos和Stoukides發明了電化學制備氨氣方法,該方法用SCY陶瓷將陽極和陰極隔開,SCY陶瓷具有高質子導電性,其作用是傳遞H這種方法實現了高溫常壓下高轉化率的電化學合成氨。已知陽極發生的電極反應為:H2→2H+2e。則陰極的電極反應為                。

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在氨的工業合成中,有三個關鍵的技術問題,請結合所學知識解決它們。

(1)合成氨的化學原理是N2+3H2??2NH3,在工業上選擇20~50 MPa的較高壓強和450 ℃左右的溫度來進行反應,請結合有關的化學原理解釋。

(2)在生產過程中需要大量氫氣,現有以下幾種獲得氫氣的方法,請你選出最適宜的,并說明理由。

A.電解水制取氫氣

B.由煤或焦炭來制取氫氣:煤或焦炭經加熱,熾熱的炭與水蒸氣反應生成氫氣

C.由天然氣或重油制取氫氣:天然氣的主要成分甲烷在高溫、催化劑的作用下與水蒸氣反應生成氫氣和一氧化碳;一氧化碳在催化劑存在的條件下與水蒸氣反應得到氫氣和二氧化碳

(3)合成氨的生產工藝流程:首先用適當的方法生產出合成氨的原料氣——氮氣和氫氣。氮氣和氫氣的混合氣體在合成塔中于一定條件下,通過催化劑的作用產生氨氣,再通過氨分離器不斷地把生成的氨分離出來,同時未轉化的反應氣體再進入合成塔循環加工。這就是合成氨的工藝流程。請根據這一描述過程畫出流程方框圖。

 

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在氨的工業合成中,有三個關鍵的技術問題,請結合所學知識解決它們:

    (1)合成氨的化學原理是N2+3H2 2NH3,在工業上選擇20―50MPa的較高壓強和  500的溫度來進行反應,請結合有關的化學原理解釋。

(2)在生產過程中需要大量氫氣,現有以下幾種獲得氫氣的方法,請你選出最適宜的,并說明理由。

A.電解水制取氫氣;B.由煤或焦碳來制取氫氣:煤或焦碳經加熱,熾熱的炭與水蒸氣反應生成氫氣;C.由天然氣或重油制取氫氣:天然氣的主要成分甲烷在高溫、催化劑的作用下與水蒸氣反應生成氫氣和一氧化碳,一氧化碳在催化劑存在的條件下與水蒸氣反應得到氫氣和二氧化碳。

 (3)合成氨的生產工藝流程:首先用適當的方法生產出合成氨的原料氣一一氮氣和氫氣。

氮氣和氫氣的混合氣體在合成塔一定條件下,通過催化扭l的作用產生氨氣,再通過氮分離器不斷地把生成的氨分離出來,同時未轉化的反應氣體再進入合成塔循環加工。這就是合成氨的工藝流程。請根據這一描述過程畫出流程方框圖。

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工業合成氨與制備硝酸一般可連續生產,流程如下:

(1)工業生產時,制取氫氣的一個反應為:CO+H2O(g)?CO2+H2
①t℃時,往1L密閉容器中充入0.2mol CO和0.3mol水蒸氣.反應建立平衡后,體系中c(H2)=0.12mol?L-1.該溫度下此反應的平衡常數K=
1
1
 (填計算結果).
②保持溫度不變,向上述平衡體系中再加入0.1molCO,當反應重新建立平衡時,水蒸氣的轉化率α(H2O)=
50%
50%

   (2)合成塔中發生反應N2(g)+3H2(g)?2NH3(g);△H<0.下表為不同溫度下該反應的平衡常數.由此可推知,表中
T1
573K(填“>”、“<”或“=”).
(3)NH3和O2在鉑系催化劑作用下從145℃就開始反應:4NH3(g)+5O2(g)?4NO(g)+6H2O(g)△H=-905kJ?mol-1,不同溫度下NO產率如右圖所示.溫度高于900℃時,NO產率下降的原因
溫度高于900℃時,平衡向左移動
溫度高于900℃時,平衡向左移動

(4)廢水中的N、P元素是造成水體富營養化的關鍵因素,農藥廠排放的廢水中常含有較多的NH4+和PO43-,一般可以通過兩種方法將其除去.
①方法一:將Ca(OH)2或CaO 投加到待處理的廢水中,生成磷酸鈣,從而進行回收.當處理后的廢水中c(Ca2+)=2×10-7 mol/L時,溶液中c(PO43-)=
5×10-7
5×10-7
mol/L.
(已知Ksp[Ca3(PO42]=2×10-33
②方法二:在廢水中加入鎂礦工業廢水,就可以生成高品位的磷礦石-鳥糞石,反應的方程式為Mg2++NH4++PO43-=MgNH4PO4↓.該方法中需要控制污水的pH為7.5~10,若pH高于10.7,鳥糞石的產量會大大降低.其原因可能為
當pH高于10.7時,溶液中的Mg2+、NH4+會與OH-反應,平衡向逆反應方向移動
當pH高于10.7時,溶液中的Mg2+、NH4+會與OH-反應,平衡向逆反應方向移動
.與方法一相比,方法二的優點為
能同時除去廢水中的氮,充分利用了鎂礦工業廢水
能同時除去廢水中的氮,充分利用了鎂礦工業廢水

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工業上以氨氣為原料(鉑銠合金網為催化劑)催化氧化法制硝酸的過程如下:
(1)已知反應一經發生,鉑銠合金網就會處于紅熱狀態.寫出氨催化氧化的化學方程式:
4NH3+5O2
催化劑
.
4NO+6H2O
4NH3+5O2
催化劑
.
4NO+6H2O
.當溫度升高時,化學平衡常數K值
減小
減小
(填“增大”、“減小”或“不變”)
(2)硝酸廠尾氣常用的處理方法是催化還原法:催化劑存在時用H2將NO2還原為N2
已知:2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)△H=a kJ?mol-1
N2(g)+2O2(g)=2NO2(g)△H=b kJ?mol-1
H2O(l)=H2O(g)△H=c kJ?mol-1
則反應2NO2(g)+4H2(g)=N2(g)+4H2O(l)的△H=
(2a-b-4c)kJ/mol
(2a-b-4c)kJ/mol
.(用a、b、c表示)
(3)①氨氣是制取硝酸的重要原料,合成氨反應的化學方程式為N2+3H2
催化劑
.
高溫高壓
2NH3,該反應在固定容積的密閉容器中進行.下列各項標志著該反應達到化學平衡狀態的是
BC
BC
(填序號)
A.容器內N2、H2、NH3的濃度之比為1:3:2
B.3v(N2)=v(H2
C.容器內壓強保持不變
D.混合氣體的密度保持不變
E.1mol N≡N鍵斷裂,同時1mol H-H鍵斷裂
②若在恒溫條件下,將N2與H2按一定比例混合通入一個容積為2L的固定容積的密閉容器中,5min后反應達平衡,n(N2)=1mol,n(H2)=1mol,n(NH3)=2mol,則反應速率v(N2)=
0.1mol/(L?min)
0.1mol/(L?min)
,平衡常數K=
16
16
.若保持容器的溫度和容積不變,將上述平衡體系中的混合氣體的濃度增大1倍,則平衡
向右
向右
(填“向左”、“向右”或“下”)移動.平衡常數K
不變
不變
(填“變大”“變小”“不變”)

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