Question

合成氨反应是化学上最重要的反应：

（1）合成氨原料气中的氢气可利用天然气（主要成分为CH₄）在高温、催化剂作用下与水蒸气反应制得，反应中每生成2mol CO₂吸收316kJ热量，该反应的热化学方程式是          ，该方法制得的原料气中主要杂质是CO₂，若用K₂CO₃溶液吸收，该反应的离子方程式是          ．

（2）已知N₂（g）+3H₂（g）⇌2ΝΗ₃（g）△H＜0．图是当反应器中按n（N₂）：n（H₂）=1：3投料后，在200℃、400℃、600℃下，反应达到平衡时，混合物中NH₃的物质的量分数随压强的变化曲线．

①曲线a对应的温度是          ．

②关于工业合成氨的反应，下列叙述正确的是          （填序号）

A．图中M、N、Q点平衡常数K的大小关系为K（M）=K（Q）＞K（N）

B．加催化剂能加快反应速率但H₂的平衡转化率不变

C．相同压强下，投料相同，达到平衡消耗时间关系为c＞b＞a

D．由曲线a可知，当压强增加到100MPa以上，NH₃的物质的量分数可达到100%

③N点时c（NH₃）=0.2mol•L^﹣1，N点的化学平衡常数K=          （用分数表示）．

（3）合成氨工业中含氨废水的处理方法之一是电化学氧化法，将含氨的碱性废水通入电解系统后，在阳极上氨被氧化成氮气而脱除，阳极的电极反应式为         ．

（4）NH₃ 可以处理NO₂ 的污染，方程式如下：NO₂+NH₃N₂+H₂O（未配平）当转移0.6mol电子时，消耗的NO₂在标准状况下是          L．

Answer

（1）CH4（g）+2H2O（g）=CO2（g）+4H2（g）△H=+158kJ/mol；

CO32﹣+CO2+H2O=2HCO3﹣；

（2）①200℃；②AB；③；

（3）2NH3﹣6e﹣+6OH﹣=N2+6H2O；（4）4.48．

【解析】（1）CH4在高温、催化剂作用下与水蒸气反应的方程式为CH4（g）+2H2O（g）=CO2（g）+4H2（g），生成2mol CO2吸收316kJ热量，则1molCH4叁加反应时需要吸收的热量为158kJ，所以反应的热化学方程式是CH4（g）+2H2O（g）=CO2（g）+4H2（g）△H=+158kJ/mol，CO2与K2CO3溶液反应生成碳酸氢钠钾，反应的离子方程式为CO32﹣+CO2+H2O=2HCO3﹣，

（2）①合成氨的反应为放热反应，反应温度越高，越不利于反应正向进行，曲线a的氨气的物质的量分数最高，其反应温度对应相对最低，所以a曲线对应温度为200°C；

②A．K只受温度影响，温度不变平衡常数不变，所以K（M）=K（Q），正反应为放热反应，升高温度平衡逆向移动，平衡常数减小，Q点的温度低于N，所以K（Q）＞K（N），故A正确；

B．加催化剂能加快反应速率但平衡不移动，所以H2的平衡转化率不变，故B正确；

C．相同压强下，投料相同，温度越高反应速率越快，达到平衡消耗时间越短，cba的温度依次降低，所以达到平衡消耗时间关系为a＞b＞c，故C错误；

D．该反应为可逆反应，反应的转化率不可能达到100%，故D错误，

③N点时氨的物质的量的分数为20%，利用三段式，设N2转化率是b，N2的起始浓度为a，

根据反应N2（g）+3H2（g）⇌2NH3（g）

起始 a 3a 0

转化 ab 3ab 2ab

平衡 a﹣ab 3a﹣3ab 2ab

根据题意有，所以a=0.3mol•L﹣1，b=，所以平衡常数K==，

（3）利用电解法将NH3•H2O转化为对环境无污染的物质为氮气，阳极失去电子发生氧化反应，电极反应式为：2NH3﹣6e﹣+6OH﹣=N2+6H2O，

（4）反应6NO2+8NH37N2+12H2O方程式可知8NH3～～24mole﹣，所以消耗的NH3在标准状况下的体积是×8×22.4L=4.48L