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解答题-原理综合题 适中0.65 引用1 组卷266
氨气是现代工业、农业生产最基础的化工原料之一、
Ⅰ.传统的“哈伯法”反应原理为:

(1)上述反应在常温下___________(填“能”或“不能”)自发进行。
(2)“哈伯法”合成氨的工业条件为400~500℃、10~30MPa,是综合考虑了___________因素(至少写两点)。
(3)t℃时向2L的某刚性容器中充入。已知平衡时体系中的体积占比为,则该反应的平衡常数___________
Ⅱ.“哈伯法”的原料来自于化石燃料,该过程会产生大量温室气体。近年来有科学家提出通过电解氮气和水来合成氨气(NRR反应)。
(4)一种常温常压下NRR反应的装置如图所示,请写出阴极的电极反应方程式:___________


(5)下表为不同电压下进行电解时电极表面的气体产生情况(以为计算值)
①表中的最大产率=___________(产率=实际产量/理论产量×100%,常温常压下,结果保留3位有效数值)
②较高电压下的生成速率下降的原因是:___________
电压V通入速率mL/min生成速率mL/min生成速率mg/min
0.2250.0150.51
0.3250.0380.68
0.4250.0950.65
0.5250.110.52

(6)如图为电极表面“”的可能路径(表示电极表面)。该过程中会产生两种具有对称结构的副产物,分别为:___________(填化学式)。
2023·湖北·二模
知识点:化学平衡的有关计算化学反应条件的控制及优化复合判据电解池电极反应式及化学方程式的书写与判断 答案解析 【答案】很抱歉,登录后才可免费查看答案和解析!
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氨是现代工业、农业生产最基础的化工原料之一。
I.传统的“哈伯法”反应原理为:N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-92.4kJ•mol-1 ΔS=-200J•K-1•mol-1
(1)上述反应在常温下_____(填“能”或“不能”)自发进行,理由是_____
(2)以NH3、CO2为原料生产重要的高效氮肥一一尿素[CO(NH2)2],两步反应的能量变化如图所示。

2NH3(g)+CO2(g)=CO(NH2)2(s)+H2O(g)的ΔH=_____(用Ea1、Ea2、Ea3、Ea4表示)。已知Ea1<Ea3,则两步反应中_____(填“第一步”或“第二步”)反应决定了生产尿素的反应速率。
(3)某小组模拟不同条件下的合成氨反应,向容器中充入1molN2和3molH2在不同温度和压强下平衡混合物中氨的体积分数与温度的关系如图所示。

①B、C点化学平衡常数K(B)_____K(C)(填“>”“<”或“=”)。
②在A、B两点条件下,该反应从开始到平衡时生成氨气的平均速率v(A)_____v(B)(填“>”“<”或“=”)。
II.“哈伯法”的原料H2来自于化石燃料,该过程会产生大量温室气体CO2。近年来有科学家提出通过电解氮气和水来合成氨(NRR反应)。
(4)一种常温常压下NRR反应的装置如图所示,阴极的电极反应式为_____

(5)合成氨的捷姆金和佩热夫速率方程式为γ=k1•p(N2)•-k2,γ为反应的瞬时总速率(正反应和逆反应速率之差),k1、k2是正、逆反应速率常数。合成氨反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)的平衡常数Kp=______(用k1,k2表示)。
合成氨的研究是化学研究的热点课题之一。
(1)科学家提出在某催化剂表面“N2→NH3”的反应历程如下:(“*”表示吸附在催化剂表面,“*+”代表脱附)
①N2→N≡N*
②N≡N*→HN=N*
③HN=N*→HN=NH*
④HN=NH*→H2N-N*H
⑤H2N-N*H→H2N-NH2*
⑥H2N-NH2*→*NH3
⑦*NH3→*+NH3
上述过程中,会产生具有对称结构的中间产物,它们是_______(填分子式)。
(2)“哈伯法”合成氨:N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-92.4kJ·mol-1,ΔS=-100J·K-1·mol-1。常温下,合成氨_______(填“能”或“不能”)自发进行。
(3)“哈伯法”合成氨一般选择在400~500°C、10~30MPn条件下进行,选择该条件进行反应是兼顾了_______(答两条)等方面的因素。
(4)一定温度下,在恒容密闭容器中充入1molN2和一定量H2合成氨,平衡时N2的转化率与起始投料比[]的关系如图1所示。M点对应的压强为20akPa。图1中,最佳投料比为_______。该温度下,合成氨反应的平衡常数Kp_______(kPa)-2(用含a的代数式表示)。
   
(5)常温常压下,用电化学法合成氨的装置如图2。
   
①生成NH3的电极反应式为_______
②N2的通入速率为25mL·min-1,则H2生成速率、NH3生成速率与电压的关系如图3所示。
   
已知:a点时1小时通过9.0×10-3mol电子。NH3的最大法拉第效率为_______。(提示:法拉第效率等于实际消耗的电子数与理论通过的电子总数之比,常温常压下,Vm=24.5L·mol-1)。电压高于0.3V时,随着电压增大,NH3生成速率降低的原因是_______
哈伯发明用氮气和氢气合成氨的方法,获得了1918年诺贝尔化学奖。其原理为 ________(填“>”“<”或“=”)0。
(1)下列关于工业合成氨的说法不正确的是__________(填标号)。
A.因为,所以该反应一定能自发进行
B.采用高压是为了增大反应速率,但会使反应物的转化率降低
C.在高温下进行是为了提高反应物的转化率
D.使用催化剂增大反应速率是因为催化剂降低了反应的活化能
(2)在恒温恒容密闭容器中进行合成氨的反应,下列能说明该反应已达到平衡状态的是________(填标号)。
a.容器内的浓度之比为1∶3∶2
b.
c.容器内压强保持不变
d.混合气体的密度保持不变
(3)工业上合成氨的部分工艺流程如图:

请用平衡移动原理解释在工艺流程中及时分离出氨气和将分离后的原料气循环使用的原因___________________
(4)某科研小组研究在其他条件不变的情况下,改变起始时氢气的物质的量对工业合成氨反应的影响。实验结果如图所示(图中T表示温度,n表示的物质的量)。
①图中的关系:________(填“>”“<”或“=”)
②a、b、c、d四点所处的平衡状态中,的转化率最高的是__________(填字母)。

(5)恒温下,向一个4L的密闭容器中充入5.2mol和2mol,反应过程中对的浓度进行测定,得到的数据如表所示:

时间/min

5

10

15

20

25

30

0.08

0.14

0.18

0.20

0.20

0.20

①此条件下该反应的化学平衡常数________
②若维持容器容积不变,温度不变,向原平衡体系中加入各4mol,化学平衡将向_______(填“正”或“逆”)反应方向移动。
(6)已知:


写出氨气催化氧化生成NO和水蒸气的热化学方程式________________

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