Question

(Ⅰ)德國人哈伯在1905年發明的合成氨反應原理為:N₂(g)+3H₂(g) 2NH₃(g);已知298 K時,ΔH=-92.4 kJ·mol^-1,ΔS=-198.2 J·mol^-1·K^-1.試回答下列問題:

(1)請根據正反應的焓變和熵變計算分析298 K下合成氨反應能自發進行(列出算式即可)___________________.其濃度熵(Q_c) __________________化學平衡常數(K_c)(填“大于”“等于”或“小于”）時，反應向右進行.

(2)在實際工業合成氨生產中采取的措施是__________________ (填序號).

A.采用較低壓強

B.采用800 K左右的高溫

C.用鐵觸媒作催化劑

D.將生成的氨液化并及時從體系中分離出來,N₂和H₂循環到合成塔中并補充N₂和H₂

(3)如下圖所示是實驗室模擬工業法合成氨的簡易裝置,簡述檢驗有氨氣生成的方法

___________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________.

 (Ⅱ)硝酸是一種重要的化工原料,工業上通常采用氨氧化法制取.某校化學興趣小組的同學設計了如下圖所示裝置利用中學實驗室常見試劑制取NH₃,并以空氣,NH₃為原料模擬工業制HNO₃(三氧化二鉻為催化劑,加熱及夾持裝置未畫出):

回答下列問題:

(1)實驗時,A,C兩裝置均需加熱,應先加熱______________裝置,原因是___________________;

(2)D裝置中應填充的物質是______________,該物質的主要作用是______________;

(3)E裝置的作用是______________,F,G裝置中的物質分別是______________、______________;

(4)若保留上圖中黑色粗線框內的裝置但去掉通空氣的導管B,將C裝置中的雙孔橡皮塞換成單孔橡皮塞,請你用圖示的方法設計一個最簡單的實驗方案同樣完成硝酸的制取(在如下圖所示的方框中畫出裝置圖并注明所用藥品的名稱).

Answer 1

Ⅰ.(1)ΔH-TΔS=-92.4 kJ·mol^-1-298 K×(-198.2×10^-3) kJ·mol^-1·K^-1＜0  小于

(2)BCD

(3)用濕潤的紅色石蕊試紙放在導管口處,若試紙變藍,說明有氨氣生成

Ⅱ.(1)C  使催化劑達到適宜溫度,提高NH₃的轉化率

 (2)P₂O₅或無水CaCl₂  除去C中未反應的氨氣

(3)安全瓶,防止倒吸  水  NaOH溶液 

(4)如右圖

解析:

本題為實驗題,第Ⅰ部分考查了化學反應方向的判斷問題,該問題為新教材新增知識點.依據ΔH-TΔS代入數值經計算為小于0,故能自發進行.在實際合成氨生產中,結合催化劑的催化活性,綜合考慮反應速率和轉化率的問題,選定800 K左右的高溫,且將生成的NH₃及時分離,補充N₂和H₂以利于反應向生成NH₃的方向進行.實驗室檢驗氨氣的方法可用濕潤的紅色石蕊試紙放在導管口處,看是否變藍色.

第Ⅱ部分為模擬工業制硝酸的實驗.因氨氣的催化氧化需要在一定的溫度下進行,故應提前將催化劑加熱,提高NH₃的轉化率,在吸收前設計了除去未反應的氨氣的裝置;另外題目還設計了防倒吸裝置及尾氣處理裝置.最后一小題讓考生設計能將NH₃和空氣混合氣一次制取的最簡單方案,故可設計將空氣通入濃氨水中,帶出氨氣的方法.