Question

如圖1所示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合金網．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年化學家格哈德?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，示意如圖2所示．、、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的含義分別是______．
（2）合成氨反應的化學方程式為N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g），寫出該反應的化學平衡常數表達式K=______．在一定溫度和壓強下，將H₂ 和N₂ 按3：1（體積之比）混合后進入合成塔，反應達到平衡時，平衡混合氣中NH₃ 的體積分數為15%，此時H₂ 的轉化率為______．
（3）已知：4NH₃（g）+3O₂（g）=2N₂（g）+6H₂O（g）△H=-1 266.8kJ/mol
N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+1 80.5kJ/mol，氨催化氧化的熱化學方程式為______．
（4）吸收塔中通入空氣的目的是______．

Answer 1

【答案】分析：（1）、圖②是表示N₂、H₂被吸附在催化劑的表面；圖③則表示在催化劑表面，N₂、H₂中的化學鍵斷裂；
（2）、①化學平衡常數是：在特定物理條件下（如溫度、壓力、溶劑性質、離子強度等），可逆化學反應達到平衡狀態時生成物與反應物的濃度比或反應物與反應產物的濃度比．用符號“K”表示；
   ②根據反應方程式 N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g），設參加反應的氫氣的物質的量xmol，原混合氣體中 H₂ 和N₂ 按3：1（體積之比）混合，物質的量之比也是3：1，設氫氣3nmol，氮氣nmol，列式求算即可；
（3）、利用蓋斯定律，把第二個熱化學方程式兩邊擴大2倍，然后兩個方程式相加就可以得到氨催化氧化的熱化學方程式；
（4）、通入空氣，提供充足的氧氣，以便使NO能夠循環利用，全部轉化成硝酸．
解答：解：（1）、分析題中圖可以知道，圖②表示N₂、H₂被吸附在催化劑表面，而圖③表示在催化劑表面，N₂、H₂中化學鍵斷裂，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中化學鍵斷裂；
（2）、化學平衡常數是：在特定物理條件下（如溫度、壓力、溶劑性質、離子強度等），可逆化學反應達到平衡狀態時生成物與反應物的濃度比或反應物與反應產物的濃度比．根據以上概念可以寫出該反應的化學平衡常數表達式 K=，有反應方程式：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g），設參加反應的氫氣的物質的量xmol，原混合氣體中 H₂ 和N₂ 按3：1（體積之比）混合，物質的量之比也是3：1，設氫氣3nmol，氮氣nmol，則參加反應的氮氣的物質的量為x/3mol，生成的氨氣為2x/3mol，列式：=15%，解得x≈0.78nmol，H₂ 的轉化率為：0.78nmol÷3nmol×100%=26%，

故答案為：K=； 26%；
（3）、已知：4NH₃（g）+3O₂（g）=2N₂（g）+6H₂O（g）△H=-1 266.8kJ/mol  ①
N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+1 80.5kJ/mol                           ②
①+②×2得：4NH₃（g）+5O₂（g）=4NO（g）+6H₂O（g）△H=-905.8kJ/mol
故答案為：4NH₃（g）+5O₂（g）=4NO（g）+6H₂O（g）△H=-905.8kJ/mol；
（4）、不斷通入空氣，提供充足的氧氣，以便使NO循環利用，全部轉化成硝酸．
故答案為：使NO循環利用，全部轉化成硝酸．
點評：本題以硝酸的工業制備為背景，綜合考查對化學反應中化學鍵變化、熱化學方程式、化學平衡常數、轉化率計算等考點以及對圖形的觀察能力、推理能力．