Question

合成氨的發(fā)明是本世紀(jì)科學(xué)領(lǐng)域中最輝煌的成就之一．以下是與NH₃相關(guān)的工業(yè)過程示意圖．

已知：CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-890kJ/mol
2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H=-566.0kJ/mol
2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-571.6kJ/mol
（1）請寫出CH₄（g）與O₂（g）反應(yīng)生成CO（g）和H₂（g）的熱化學(xué)反應(yīng)方程式

 

．
（2）生產(chǎn)中涉及H₂和CO₂的分離．你認(rèn)為可取的方法是（填代號）

 

．
A．在加壓條件下用水吸收CO₂
B．用NaOH溶液吸收CO₂
C．加壓，使CO₂液化
（3）直接供氨式燃料電池在堿性條件下的負(fù)極反應(yīng)為

 

．
（4）合成尿素的反應(yīng)分兩步進(jìn)行：
①CO₂（g）+2NH₃（g）?H₂NCOONH₄（aq）△H=-159.47kJ/mol
（氨基甲酸銨）
②H₂NCOONH₄（aq）?CO（NH₂）₂（aq）+H₂O（l）△H=+28.49kJ/mol
在生產(chǎn)條件下，單位時間內(nèi)獲得尿素的產(chǎn)量與壓強(qiáng)和n（NH₃）：n（CO₂）的關(guān)系如圖所示．生產(chǎn)過程中n（NH₃）：n（CO₂）的最佳配比為

 

，而實際生產(chǎn)往往使n（NH₃）：n（CO₂）≥3，這是因為

 

．在得到的尿素溶液中會含有少量的氨基甲酸銨，除去這種雜質(zhì)最簡便的方法是

 

．
（5）將氨分為兩部分，一部分經(jīng)逐級氧化吸收轉(zhuǎn)化為硝酸，另一部分又與HNO₃反應(yīng)生成NH₄NO₃．若HNO₃與NH₃的反應(yīng)是完全的，有標(biāo)準(zhǔn)狀況下78.4LNH₃經(jīng)上述反應(yīng)過程生成120g NH₄NO₃．則NH₃轉(zhuǎn)化為HNO₃的轉(zhuǎn)化率

 

．

Answer 1

考點：用蓋斯定律進(jìn)行有關(guān)反應(yīng)熱的計算,化學(xué)方程式的有關(guān)計算,原電池和電解池的工作原理,產(chǎn)物百分含量與壓強(qiáng)的關(guān)系曲線

專題：

分析：（1）根據(jù)蓋斯定律進(jìn)行計算；
（2）從不引入新的雜質(zhì)分析；
（3）氨式燃料電池在堿性條件下，負(fù)極上氨氣失電子和氫氧根離子反應(yīng)生成氮氣和水；
（4）根據(jù)圖象分析生產(chǎn)過程中n（NH₃）：n（CO₂）的最佳配比；結(jié)合二氧化碳的溶解性分析實際生產(chǎn)往往使n（NH₃）：n（CO₂）≥3；根據(jù)氨基甲酸銨的平衡移動分析；
（5）根據(jù)有標(biāo)準(zhǔn)狀況下78.4LNH₃即

78.4

22.4

=3.5mol，經(jīng)上述反應(yīng)過程生成120g NH₄NO₃即

120

80

=1.5mol，所以生成硝酸銨的氨氣和硝酸各1.5mol，而硝酸又是由剩余的氨氣生成的，所以2mol氨氣生成1.5mol的硝酸，據(jù)此計算分析．

解答： 解：（1）①CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-890kJ/mol
②2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H=-566.0kJ/mol
③2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-571.6kJ/mol，
根據(jù)蓋斯定律，CH₄（g）與O₂（g）反應(yīng)生成CO（g）和H₂（g）的熱化學(xué)反應(yīng)方程式為：①×2-②-③×2
即2CH₄（g）+O₂（g）═2CO（g）+4H₂（g）△H=-70.8kJ/mol，故答案為：2CH₄（g）+O₂（g）═2CO（g）+4H₂（g）△H=-70.8kJ/mol；
（2）A．因為二氧化碳在水中的溶解性比較小，所以不可用水吸收，故A錯誤；
B．用NaOH溶液吸收CO₂，會引入新的雜質(zhì)，故B錯誤；
C．加壓，使CO₂液化，分離出氫氣，故C正確；
故答案為：C；
（3）氨式燃料電池在堿性條件下，負(fù)極上氨氣失電子和氫氧根離子反應(yīng)生成氮氣和水，電極反應(yīng)式為：2NH₃+6OH^--6e^-═N₂+6H₂O，故答案為：2NH₃+6OH^--6e^-═N₂+6H₂O；
（4）根據(jù)圖象分析生產(chǎn)過程中n（NH₃）：n（CO₂）的最佳配比為2：1；因為二氧化碳的溶解性比較小，所以實際生產(chǎn)往往要增大氨氣的量，有利于提高CO₂的轉(zhuǎn)化率；因為CO₂（g）+2NH₃（g）?H₂NCOONH₄（aq）△H=-159.47kJ/mol，所以除去這種雜質(zhì)最簡便的方法是加入升溫，使平衡逆向移動；
故答案為：2：1；有利于提高CO₂的轉(zhuǎn)化率，因為NH₃極易溶于水，便于分離、回收利用；加熱；
（5）根據(jù)有標(biāo)準(zhǔn)狀況下78.4LNH₃即

78.4

22.4

=3.5mol，經(jīng)上述反應(yīng)過程生成120g NH₄NO₃即

120

80

=1.5mol，所以生成硝酸銨的氨氣和硝酸各1.5mol，而硝酸又是由剩余的氨氣生成的，所以2mol氨氣生成1.5mol的硝酸，根據(jù)氮守恒則NH₃～HNO₃，所以NH₃轉(zhuǎn)化為HNO₃的轉(zhuǎn)化率

1.5

2

×100%=75%，故答案為：75%．

點評：本題考查了蓋斯定律的應(yīng)用、影響化學(xué)平衡的因素、物質(zhì)的量濃度變化隨時間變化的曲線，題目難度中等，注意掌握影響化學(xué)平衡的因素、化學(xué)平衡的計算，試題培養(yǎng)了學(xué)生靈活應(yīng)用所學(xué)知識的能力．