Question

【題目】（一）合成氨工藝（流程如圖1所示）是人工固氮最重要的途徑。2018年是合成氨工業(yè)先驅(qū)哈伯（F·Haber)獲得諾貝爾獎(jiǎng)100周年。

N2和H2生成NH3的反應(yīng)為：N2(g)＋H2(g)NH3(g)△H(298K)=－46.2kJ·mol－1

在Fe催化劑作用下的反應(yīng)歷程為（*表示吸附態(tài)）

化學(xué)吸附：N2(g)→2N*；H2(g)2H*

表面吸附：N*+H*NH*；NH*+H*NH2*；NH2*+H*NH3*

脫附：NH3*NH3(g)

其中,N2的吸附分解反應(yīng)活化能高、速率慢，決定了合成氨的整體反應(yīng)速率。

請(qǐng)回答：

（1）利于提高合成氨平衡產(chǎn)率的條件有_______________

A.低溫B.高溫C.低壓D.高壓E.催化劑

（2）標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)，其中為標(biāo)準(zhǔn)壓強(qiáng)1×105Pa，、和為各組分的平衡分壓，如=p,p為平衡總壓，為平衡系統(tǒng)中NH3的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)

①N2和H2起始物質(zhì)的量之比為1：3，反應(yīng)在恒定溫度和標(biāo)準(zhǔn)壓強(qiáng)下進(jìn)行,NH3的平衡產(chǎn)率為ω，則=____________（用含ω的最簡(jiǎn)式表示）

②圖中可以示意標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)K隨溫度T變化趨勢(shì)的是____________

（3）實(shí)際生產(chǎn)中，常用工藝條件：Fe作催化劑，控制溫度773K、壓強(qiáng)3.0×107Pa,原料氣中N2和H2物質(zhì)的量之比為1：2.8

①分析說(shuō)明原料氣中N2過(guò)量的理由____________

②關(guān)于合成氨工藝的下列理解，正確的是____________

A.合成氨反應(yīng)在不同溫度下的△H和△S都小子零

B.控制溫度(773K)遠(yuǎn)高于室溫，是為了保證盡可能高的平衡轉(zhuǎn)化率和快的反應(yīng)速率

C.當(dāng)溫度、壓強(qiáng)一定時(shí)，在原料氣（N2和H2的比例不變）中添加少量惰性氣體，有利于提高平衡轉(zhuǎn)化率

D.基于NH3有較強(qiáng)的分子間作用力可將其液化，不斷將液氨移去，利于反應(yīng)正向進(jìn)行

E.分離空氣可得N2，通過(guò)天然氣和水蒸氣轉(zhuǎn)化可得H2，原料氣須經(jīng)過(guò)凈化處理，以防止催化劑中毒和安全事故發(fā)生

（二）高鐵酸鉀（K2FeO4）可用作水處理劑口某同學(xué)通過(guò)“化學(xué)一電解法”探究K2FeO4的合成，其原理如圖2所示．接通電源，調(diào)節(jié)電壓，將一定量C12通入KOH溶液，然后滴入含Fe3＋的溶液，控制溫度，可制得K2FeO4

（1）請(qǐng)寫出“化學(xué)法”得到FeO42一的離子方程式____________

（2）請(qǐng)寫出陽(yáng)極的電極反應(yīng)式（含FeO42－）____________

Answer 1

【答案】AD A 原料氣中N2相對(duì)易得，適度過(guò)量有利于提高H2的轉(zhuǎn)化率；N2在Fe催化劑上吸附是決速步驟，適度過(guò)量有利于提高整體反應(yīng)速率 ADE 2Fe3++3ClO-+10OH-=2FeO42-+3Cl-+5H2O或2Fe(OH)3+3ClO-+4OH-=2FeO42-+3Cl-+5H2O Fe3++8OH--3e-=FeO42-+4H2O或Fe(OH)3+5OH--3e-=FeO42-+4H2O

【解析】

(一)(1)由勒夏特列原理可知，根據(jù)反應(yīng)N2(g)＋H2(g)NH3(g)△H(298K)=-46.2kJ/mol，為了提高合成氨平衡產(chǎn)率，即平衡正向移動(dòng)，低溫和高壓符合條件，故答案為：AD；

(2)①結(jié)合題干信息，可建立三段式：

x(NH3)%=；x(N2)%=；x(H2)%=

，化簡(jiǎn)得，故答案為：；

②反應(yīng)N2(g)+H2(g)NH3(g) △H(298K)=-46.2kJ/mol為放熱反應(yīng)，溫度T升高，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，K0減小，InK0也減小，InK0與溫度不成正比，故答案為：A；

(3)①由反應(yīng)N2(g)+H2(g)NH3(g)可知，加過(guò)量氮?dú)�，有利于平衡正向移�?dòng)，提高H2的轉(zhuǎn)化率以及氨氣的產(chǎn)率，同時(shí)根據(jù)題干“N2的吸附分解反應(yīng)活化能高、速率慢，決定了合成氨的整體反應(yīng)速率。”可知，N2在Fe催化劑上的吸附是決速步驟，適度過(guò)量有利于提高整體反應(yīng)速率，故答案為：原料氣中N2相對(duì)易得，適度過(guò)量有利于提高H2的轉(zhuǎn)化率；N2在Fe催化劑上吸附是決速步驟，適度過(guò)量有利于提高整體反應(yīng)速率；

②A. 由合成氨的反應(yīng)N2(g)+H2(g)NH3(g) △H(298K)=-46.2kJ/mol可知，該反應(yīng)的氣體含量減少，混亂程度降低，即△S小于零，A正確；

B．控制溫度遠(yuǎn)高于室溫是為了保證催化劑的活性，提高反應(yīng)速率，并非為了保證盡可能高的平衡轉(zhuǎn)化率和快的反應(yīng)速率，B錯(cuò)誤；

C．恒壓條件充入少量惰性氣體，相當(dāng)于減壓，平衡逆向移動(dòng)，不利于提高平衡轉(zhuǎn)化率，C錯(cuò)誤；

D．不斷將氨氣液化，生成物濃度降低，有利于平衡正向移動(dòng)，D正確；

E．通過(guò)天然氣和水蒸氣轉(zhuǎn)化制得的H2，由于含有CH4，CO等易燃易爆氣體，容易出現(xiàn)安全隱患，此外CH4，CO可能會(huì)與催化劑反應(yīng)，造成催化劑活性降低，所以必須經(jīng)過(guò)凈化處理，E正確；

故答案為：ADE；

(二)(1)將一定量C12通入KOH溶液，生成KCl和KClO，KClO具有強(qiáng)氧化性，將Fe3+氧化為FeO42-，然后根據(jù)堿性環(huán)境，配平即可，得到2Fe3++3ClO-+10OH-=2FeO42-+3Cl-+5H2O或2Fe(OH)3+3ClO-+4OH-=2FeO42-+3Cl-+5H2O，故答案為：2Fe3++3ClO-+10OH-=2FeO42-+3Cl-+5H2O或2Fe(OH)3+3ClO-+4OH-=2FeO42-+3Cl-+5H2O；

(2)陽(yáng)極失電子，反應(yīng)物為Fe3+產(chǎn)物為FeO42-，然后根據(jù)堿性環(huán)境及守恒規(guī)則，易寫出Fe3++8OH--3e-=FeO42-+4H2O或Fe(OH)3+5OH--3e-=FeO42-+4H2O，故答案為：Fe3++8OH--3e-=FeO42-+4H2O或Fe(OH)3+5OH--3e-=FeO42-+4H2O。