Question

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2 L的密闭容器中，将物质的量各1 mol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+7H₂O3NH₄NO₃+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                        。

Answer

（1）适宜的高温、高压和催化剂（2分）

（2）①＞（2分）②＜（2分）③K=69.1（mol·L－1）2（3分）

（3）阴极：NO+5e-+6H+ =NH4++H2O（2分）

阳极：NO－3e-+2H2O = NO3-+4H+（2分） 氨水或者氨气（2分）

【解析】

试题分析：（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；

（2）①由图可知，压强不变，温度越高甲烷的转化率越大，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；

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，则甲烷的转化率越小，所以压强越大，甲烷的转化率越小，则P1＜P2；

③200℃，甲烷的转化率0.8，所以参加反应的甲烷的物质的量为0.8mol，则对于反应

CH4（g）+H2O（g）═CO（g）+3H2（g）

起始量（mol） 1 1 0 0

转化量（mol） 0.8 0.8 0.8 2.4

平衡量（mol） 0.2 0.2 0.8 2.4

所以200℃时该反应的平衡常数k= ==69.1；

（3）电解NO制备NH4NO3，阳极反应为NO-3e-+2H2O＝NO3-+4H+，阴极反应为NO+5e-+6H+ =NH4++H2O，从两极反应可看出，要使得失电子守恒，阳极产生的NO3-的物质的量大于阴极产生的NH4+的物质的量，总反应方程式为：8NO+7H2O3NH4NO3+2HNO3，因此若要使电解产物全部转化为NH4NO3，需补充NH3。

【考点定位】本题以氨气为载体考查了氧化还原反应、电解原理、化学平衡等知识点

【名师点晴】本题综合性较强，题目难度中等。采用“定一议二”的方法分析（2）题，正确书写电极反应式是解（3）题关键。电解原理是将电能转化为化学能的装置，在电解时与电源正极连接的电极为阳极，与电源负极连接的电极为阴极。阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应。若电极为惰性电极，则是溶液中的离子在电极放电。阴离子放电顺序是：S2->I->Br->Cl->OH->含氧酸根>F-；阳离子的放电顺序与金属活动性顺序表相反，Ag+>Fe3+>Cu2+>H+，若阳极为活性电极，则是电极本身失去电子，发生氧化反应。答题时掌握电解规律，并加以灵活运用。