Question

如圖1所示是工業(yè)生產(chǎn)硝酸的流程：

合成塔中內(nèi)置鐵觸媒，氧化爐中內(nèi)置Pt-Rh合金網(wǎng)．請回答下列問題：
（1）1909年化學(xué)家哈伯在實(shí)驗室首次合成了氨．2007年化學(xué)家格哈德?埃特爾在哈伯研究所證實(shí)了氫氣與氮?dú)庠诠腆w催化劑表面合成氨的反應(yīng)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

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(xué)鍵斷裂

．
（2）合成氨反應(yīng)的化學(xué)方程式為N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g），寫出該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式K=

K=

c2(NH3)

c(N2)．c3(H2)

；

．在一定溫度和壓強(qiáng)下，將H₂ 和N₂ 按3：1（體積之比）混合后進(jìn)入合成塔，反應(yīng)達(dá)到平衡時，平衡混合氣中NH₃ 的體積分?jǐn)?shù)為15%，此時H₂ 的轉(zhuǎn)化率為

26%

．
（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(xué)方程式為

4NH₃（g）+5O₂（g）=4NO（g）+6H₂O（g）△H=-905.8kJ/mol

．
（4）吸收塔中通入空氣的目的是

使NO循環(huán)利用，全部轉(zhuǎn)化成硝酸

．

Answer 1

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(xué)鍵斷裂；
（2）、①化學(xué)平衡常數(shù)是：在特定物理條件下（如溫度、壓力、溶劑性質(zhì)、離子強(qiáng)度等），可逆化學(xué)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時生成物與反應(yīng)物的濃度比或反應(yīng)物與反應(yīng)產(chǎn)物的濃度比．用符號“K”表示；
   ②根據(jù)反應(yīng)方程式 N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g），設(shè)參加反應(yīng)的氫氣的物質(zhì)的量xmol，原混合氣體中 H₂ 和N₂ 按3：1（體積之比）混合，物質(zhì)的量之比也是3：1，設(shè)氫氣3nmol，氮?dú)鈔mol，列式求算即可；
（3）、利用蓋斯定律，把第二個熱化學(xué)方程式兩邊擴(kuò)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(xué)方程式；
（4）、通入空氣，提供充足的氧氣，以便使NO能夠循環(huán)利用，全部轉(zhuǎn)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(xué)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(xué)鍵斷裂；
（2）、化學(xué)平衡常數(shù)是：在特定物理條件下（如溫度、壓力、溶劑性質(zhì)、離子強(qiáng)度等），可逆化學(xué)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時生成物與反應(yīng)物的濃度比或反應(yīng)物與反應(yīng)產(chǎn)物的濃度比．根據(jù)以上概念可以寫出該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式 K=

c2(NH3)

c(N2)．c3(H2)

，有反應(yīng)方程式：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g），設(shè)參加反應(yīng)的氫氣的物質(zhì)的量xmol，原混合氣體中 H₂ 和N₂ 按3：1（體積之比）混合，物質(zhì)的量之比也是3：1，設(shè)氫氣3nmol，氮?dú)鈔mol，則參加反應(yīng)的氮?dú)獾奈镔|(zhì)的量為x/3mol，生成的氨氣為2x/3mol，列式：

2X/3

n-x/3+3n-x+2x/3

=15%，解得x≈0.78nmol，H₂ 的轉(zhuǎn)化率為：0.78nmol÷3nmol×100%=26%，

故答案為：K=

c2(NH3)

c(N2)．c3(H2)

； 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(huán)利用，全部轉(zhuǎn)化成硝酸．
故答案為：使NO循環(huán)利用，全部轉(zhuǎn)化成硝酸．

點(diǎn)評：本題以硝酸的工業(yè)制備為背景，綜合考查對化學(xué)反應(yīng)中化學(xué)鍵變化、熱化學(xué)方程式、化學(xué)平衡常數(shù)、轉(zhuǎn)化率計算等考點(diǎn)以及對圖形的觀察能力、推理能力．