Question

【題目】氨是現(xiàn)代社會中必不可少的原料。催化合成氨是氮循環(huán)的重要一環(huán)。

（1）目前工業(yè)上用氫氣和氮氣合成氨。

①寫出工業(yè)合成氨的化學(xué)方程式_____________________________。

② NH3和PH3的分解溫度分別是600℃和500℃，熱穩(wěn)定性差異的原因是

____________________________________________________ ，

元素的非金屬性逐漸減弱，氫化物穩(wěn)定性逐漸減弱。

（2）工業(yè)合成氨主要經(jīng)過原料氣（N2、H2）的制取、凈化、壓縮合成三大過程。

①天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化法是目前獲取原料氣中H2的主流方法。CH4經(jīng)過兩步反應(yīng)完全轉(zhuǎn)化為H2和CO2，其能量變化示意圖如下：

1mol CH4(g)通過蒸汽轉(zhuǎn)化為CO2(g)和H2(g)的熱化學(xué)方程式是

______________________________________________________。

②CO變換過程可由Fe2O3催化完成。將下述催化過程補充完整：

i.3Fe2O3 + CO = 2Fe3O4 + CO2

ii._____________________________________________

③醋酸銅氨液可以吸收原料氣中CO等少量雜質(zhì)。吸收CO反應(yīng)為：

[Cu(NH3)2]Ac(aq)+NH3(aq)+CO(g)==[Cu(NH3)3CO]Ac(aq) △H <0。

下圖表示壓強和溫度對醋酸銅氨液吸收CO能力的影響。L（L1、L2），X可分別代表壓強或溫度。

i.X代表的物理量是_________。

ii.判斷L1、L2的大小關(guān)系并簡述理由_________________________________________。

（3）電化學(xué)法也可合成氨。下圖是用低溫固體質(zhì)子導(dǎo)體作為電解質(zhì)，用Pt-C3N4作陰極催化劑電解H2(g)和N2(g)合成NH3的原理示意圖：

①Pt-C3N4電極反應(yīng)產(chǎn)生的氣體是NH3和______。

②實驗表明，其它條件不變，逐漸增加電解電壓，氨氣生成速率會逐漸增大，但當(dāng)電解電壓高于1.2V后，氨氣生成速率反而會隨電壓升高而下降，分析其可能原因_________________________。

Answer 1

【答案】 ① N2 + 3H2 2NH3 N、P都位于VA族。同主族元素，從上到下，原子半徑逐漸增大 CH4(g)+2H2O(g)=CO2(g)+4H2(g) △H = +165.4 kJ/mol 2Fe3O4+H2O=3Fe2O3+H2 .壓強 L1<L2。吸收CO反應(yīng)放熱（△H <0），當(dāng)壓強一定時，溫度降低，醋酸銅氨溶液CO吸收能力增大。 H2 電壓高于1.2V后，2H++2e-=H2↑（H+得電子生成H2）反應(yīng)使生成氨氣速率下降。

【解析】試題分析：（1）

①工業(yè)上用氫氣和氮氣高溫高壓合成氨氣。

② 同主族元素從上到下非金屬性減弱。

（2）①根據(jù)蓋斯定律計算焓變；

②總反應(yīng)減反應(yīng)i可得反應(yīng)ii的方程式；

③i. 根據(jù)溫度、壓強對平衡移動的影響分析；根據(jù)x增大，醋酸銅氨液吸收CO能力增大分析。

ii. 根據(jù)吸收CO反應(yīng)放熱（△H <0），當(dāng)壓強一定時，溫度降低，醋酸銅氨溶液CO吸收能力增大判斷L1、L2的大小。

（3）①根據(jù) Pt-C3N4電極的陰極，發(fā)生還原反應(yīng)，Pt-C3N4電極反應(yīng)產(chǎn)生的氣體是NH3和H2。

②電壓高于1.2V后，發(fā)生2H++2e-=H2↑反應(yīng)，所以。

解析：（1）①用氫氣和氮氣高溫高壓合成氨氣的方程式為N2 + 3H2 2NH3。

②N、P都位于VA族，同主族元素從上到下非金屬性減弱，氫化物穩(wěn)定性逐漸減弱，所以NH3和PH3的分解溫度分別是600℃和500℃。

（2）①根據(jù)第一步反應(yīng)的圖示，CH4(g)+H20(g)=CO(g)+3H2(g) △H=+206.4kJ/mol；根據(jù)第一步反應(yīng)的圖示，CO(g)+H20(g)=CO2(g)+3H2(g) △H=-41.0kJ/mol；根據(jù)蓋斯定律，CH4(g)+2H2O(g)=CO2(g)+4H2(g) △H = +165.4 kJ/mol ；

②總反應(yīng)減反應(yīng)i可得反應(yīng)ii的方程式,所以反應(yīng)ii的方程式為2Fe3O4+H2O=3Fe2O3+H2；

③i. [Cu(NH3)2]Ac(aq) + NH3(aq) + CO(g) == [Cu(NH3)3CO]Ac(aq) △H <0，升高溫度，平衡逆向移動，增大壓強平衡正向移動，根據(jù)圖示 x增大，醋酸銅氨液吸收CO能力增大，x表示壓強。

ii. 根據(jù)吸收CO反應(yīng)放熱（△H <0），當(dāng)壓強一定時，溫度降低，醋酸銅氨溶液CO吸收能力增大所以L1<L2。

（3）①根據(jù) Pt-C3N4電極的陰極，發(fā)生還原反應(yīng)所以。

②電壓高于1.2V后，發(fā)生2H++2e-=H2↑反應(yīng)，使生成氨氣速率下降。