工業(yè)合成氨反應(yīng)為N2(g)+3H2(g)?2NH3(g),氨在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛。
化學(xué)鍵 |
H-H |
N-H |
N≡N |
鍵能(kJ?mol-1) |
436 |
391 |
945.6 |
(1)已知:鍵能是1mol化學(xué)鍵完全斷裂形成氣態(tài)原子所需要吸收的能量,部分化學(xué)鍵的鍵能如表格所示。計(jì)算每合成2molNH
3需要
放出
放出
(填“放出”或“吸收”)
92.4
92.4
kJ的熱量。
(2)實(shí)驗(yàn)室中模擬合成氨過程,將1molN
2和2.7molH
2置于恒溫、體積為2L的容器中反應(yīng)。下列情況可說明該反應(yīng)已經(jīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的是
e
e
(填序號(hào))。
a.反應(yīng)不再進(jìn)行,已經(jīng)停止
b.單位時(shí)間內(nèi)生成nmolN
2的同時(shí),生成3nmolH
2c.3v
正(H
2)=2v
逆(NH
3)
d.N
2、H
2和NH
3的物質(zhì)的量濃度之比為1:3:2
e.混合氣體的壓強(qiáng)不再改變
f.混合氣體的密度不再改變
若10min時(shí)測(cè)得氫氣濃度為1.2mol?L
-1,則用氨氣表示的0~10min內(nèi)的平均化學(xué)反應(yīng)速率為
0.01mol?L-1?min-1
0.01mol?L-1?min-1
;10min時(shí)的體系總壓強(qiáng)與初始時(shí)的總壓強(qiáng)之比為
35:37
35:37
。
(3)工業(yè)合成氨過程中,按一定投料比將原料氣以及催化劑置于反應(yīng)容器中,測(cè)得在不同溫度和壓強(qiáng)下達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)時(shí)的氨的平衡含量(%)如表格所示:
壓強(qiáng)(MPa) 氨的平衡含量(%) 溫度(攝氏度) |
0.1 |
10 |
20 |
30 |
60 |
100 |
200 |
15.3 |
81.5 |
86.4 |
89.9 |
95.4 |
98.8 |
300 |
2.2 |
52.0 |
64.2 |
71.0 |
84.2 |
92.6 |
400 |
0.4 |
25.1 |
38.2 |
47.0 |
65.2 |
79.8 |
500 |
0.1 |
10.6 |
19.1 |
26.4 |
42.2 |
57.5 |
600 |
0.05 |
4.5 |
9.1 |
13.8 |
23.1 |
31.4 |
實(shí)際生產(chǎn)時(shí),通常采用鐵觸媒作為催化劑、在400~500℃和10~30MPa的條件下合成氨。結(jié)合所學(xué)知識(shí)以及上述表格數(shù)據(jù)分析,工業(yè)上采用400~500℃反應(yīng)的原因是
提高反應(yīng)速率,此溫度下催化劑活性最大
提高反應(yīng)速率,此溫度下催化劑活性最大
。
(4)氨氧燃料電池具有很大的發(fā)展?jié)摿?。氨氧燃料電池的工作原理如圖所示。
a電極的電極反應(yīng)式是
2NH3-6e-+6OH-=N2+6H2O
2NH3-6e-+6OH-=N2+6H2O
。
b電極的電極反應(yīng)式是
O2+4e-+2H2O=4OH-
O2+4e-+2H2O=4OH-
。