Question

（12分）合成氨生產(chǎn)技術(shù)的創(chuàng)立開辟了人工固氮的途徑，對化學(xué)工業(yè)技術(shù)也產(chǎn)生了重大影響。合成氨反應(yīng)的化學(xué)方程式為：N₂(g)＋3H₂(g) 2NH₃(g) △H＝－92.2kJ/mol。合成氨工業(yè)中原料氣N₂可從空氣中分離得到，H₂可用甲烷在高溫下與水蒸氣反應(yīng)制得。我國合成氨工業(yè)目前的生產(chǎn)條件為：催化劑－鐵觸媒，溫度－400～500℃，壓強－30～50MPa。

回答下列問題：

（1）合成氨工業(yè)中原料氣壓縮到30～50MPa的原因是                          。從平衡移動原理分析，低溫有利于原料氣的轉(zhuǎn)化，實際生產(chǎn)中采用400～500℃的高溫，原因之一是考慮到催化劑的催化活性，原因之二是                      。

（2）500℃、50MPa時，在容積為VL的容器中加入n mol N₂、3n mol H₂，反應(yīng)達平衡后測得平衡常數(shù)為K，此時N₂的轉(zhuǎn)化率為x。則K和x的關(guān)系滿足K＝         。

（3）甲烷在高溫下與水蒸氣反應(yīng)反應(yīng)方程式為：CH₄(g)＋H₂O(g)＝CO(g)＋3H₂(g)。部

分物質(zhì)的燃燒熱數(shù)據(jù)如下表：

物  質(zhì)	燃燒熱（kJ·mol－1）
H2(g)	－285.8
CO(g)	－283.0
CH4(g)	－890.3

已知1mol H₂O(g)轉(zhuǎn)變?yōu)?mol H₂O(l)時放出44.0 kJ熱量。寫出CH₄和H₂O(g)在高溫下反應(yīng)的熱化學(xué)方程式                                            。

（4）有人設(shè)想尋求合適的催化劑和電極材料，以N₂、H₂為電極反應(yīng)物，以HCl－NH₄Cl為電解質(zhì)溶液制取新型燃料電池。請寫出該電池的正極反應(yīng)式               。

 

Answer 1

 

（1）加壓有利于平衡正向移動，提高原料氣的轉(zhuǎn)化率

增加反應(yīng)速率，縮短達到平衡的時間  （2分）

（2） （4分）

（3）CH₄(g)＋H₂O(g)＝CO(g)＋3H₂(g)  △H＝＋206.1 kJ·mol^－1（4分）

（4）N₂＋6e^－＋8H^＋＝2NH₄^＋（2分）

解析: