Question

如圖是工業生產硝酸的流程．

合成塔中內置鐵觸媒，氧化爐中內置Pt-Rh合金．請回答下列問題：
（1）1909年化學家哈伯在實驗室首次合成了氨．2007年格哈德?埃特爾在哈伯研究所證實了氫氣與氮氣在固體催化劑表面合成氨的反應過程，示意如下：

分別表示N₂、H₂、NH₃．圖⑤表示生成的NH₃離開催化劑表面，圖②和圖③的含義分別為

 

，

 

．
（2）已知N≡N的鍵能是946kJ?mol^-1，H-H的鍵能為436kJ?mol^-1，N-H的鍵能為393kJ?mol^-1，寫出合成塔中發生反應的熱化學方程式

 

．
（3）已知4NH₃（g）+3O₂（g）═2N₂（g）+6H₂O（g）△H=-1266.8kJ?mol^-1；
4NH₃（g）+5O₂（g）═4NO（g）+6H₂O（g）△H=-905.8kJ?mol^-1；
則熱化學方程式N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H=

 

kJ?mol^-1．
（4）吸收塔中通入空氣的目的是

 

．

Answer 1

分析：（1）要結合題目給出的信息進行分析，物質要在催化劑的表面完成分子的中舊鍵斷裂和原子之間新鍵的重新組合，從而形成新的分子，據此進行解答；
（2）化學反應中，化學鍵斷裂吸收能量，形成新化學鍵放出能量，根據方程式計算分別吸收和放出的能量，以此計算反應熱并判斷吸熱還是放熱；
（3）根據蓋斯定律及題中熱化學方程式計算出反應N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）的△H；
（4）根據增大氧氣的濃度，可以使一氧化氮充分利用，一氧化氮盡可能轉化成硝酸進行解答．

解答：解：（1）氮氣、氫氣在催化劑表面合成氨反應過程的順序為：圖①氮氣分子和氫氣分子向催化劑表面靠近，圖②氮氣和氫氣吸附在催化劑的表面，圖③在催化劑的作用下分解成氫原子和氮原子，圖④表示氮原子與氫原子重新結合成氨分子，圖⑤生成的氨氣離開催化劑表面，
故答案為：圖②表示N₂、H₂被吸附在催化劑表面；圖③表示在催化劑表面N₂、H₂中的化學鍵斷裂；
（2）在反應N₂+3H₂?2NH₃中，斷裂3molH-H鍵，1molN≡N鍵共吸收的能量為：3×436kJ+946kJ=2254kJ，生成2mol NH₃，共形成6mol N-H鍵，放出的能量為：6×393kJ=2358kJ，吸收的能量少，放出的能量多，該反應為放熱反應，放出的熱量為：2358kJ-2254kJ=104kJ，該反應的熱化學方程式為：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-104kJ?mol^-1，
故答案為：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-104kJ?mol^-1；
（3）①4NH₃（g）+3O₂（g）═2N₂（g）+6H₂O（g）△H=-1266.8kJ?mol^-1；
②4NH₃（g）+5O₂（g）═4NO（g）+6H₂O（g）△H=-905.8kJ?mol^-1；
根據蓋斯定律②÷2-①÷2可得：N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H=

1

2

（-905.8kJ?mol^-1-1266.8kJ?mol^-1）=+180.5kJ/mol，
故答案為：+180.5；
（4）吸收塔中通入空氣，可以增加氧氣的濃度，使NO循環利用，全部轉化成HNO₃，故答案為：使NO循環利用，全部轉化成HNO₃．

點評：本題主要考查了工業合成氨原理、熱化學方程式書寫等知識，正確解讀題目給出的信息是解決信息性題目的關鍵，要善于從信息中捕捉最有效的信息用來處理問題．