Question

【題目】（一）合成氨工藝（流程如圖所示）是人工固氮最重要的途徑。

2018年是合成氨工業先驅哈伯（PHaber）獲得諾貝爾獎100周年。N2和H2生成NH3的反應為：1/2N2（g）+3/2H2（g） NH3（g） △H(298K)= - 46.2KJmol-1,在Fe催化劑作用下的反應歷程為（*表示吸附態）

化學吸附：N2（g）→2N*；H2（g）→2H*；

表面反應：N*+ H* NH*；NH*+ H* NH2*；NH2* + H*NH3*

脫附：NH3* NH3（g）

其中， N2的吸附分解反應活化能高、速率慢，決定了合成氨的整體反應速率。 請回答：

（1）利于提高合成氨平衡產率的條件有__________。

A．低溫 　　　　B.高溫 　　　　　 C.低壓 　　　　　 D.高壓 　　　　 E.催化劑

（2）標準平衡常數KΘ=，其中pΘ為標準壓強（1X105Pa），p NH3、 p N2和p H2為各組分的平衡分壓，如p NH3=x NH3 p，p為平衡總壓，x NH3為平衡系統中NH3的物質的量分數。

①N2和H2起始物質的量之比為1：3，反應在恒定溫度和標準壓強下進行，NH3的平衡產率為w，則KΘ=_____________（用含w的最簡式表示）

②下圖中可以示意標準平衡常數KΘ隨溫度T變化趨勢的是_______。

（3）實際生產中，常用工藝條件，Fe作催化劑，控制溫度773K，壓強3.0X105Pa，原料中N2和H2物質的量之比為1：2.8。

①分析說明原料氣中N2過量的理由________________________。

②關于合成氨工藝的下列理解，正確的是_______。

A.合成氨反應在不同溫度下的△H和△S都小于零

B.控制溫度（773K）遠高于室溫，是為了保證盡可能的平衡轉化率和快的反應速率

C.當溫度、壓強一定時，在原料氣（N2和H2的比例不變）中添加少量惰性氣體，有利于提高平衡轉化率

D.基于NH3有較強的分子間作用力可將其液化，不斷將液氨移去，利于反應正向進行

E.分離空氣可得N2，通過天然氣和水蒸氣轉化可得H2，原料氣須經過凈化處理，以防止催化劑中毒和安全事故發生。

（二）高鐵酸鉀（K2FeO4）可用作水處理劑。某同學通過“化學-電解法”探究的合成，其原理如圖所示。接通電源，調節電壓，將一定量Cl2通入KOH溶液，然后滴入含Fe3+的溶液，控制溫度，可制得K2FeO4。

（1）請寫出“化學法”得到FeO42-的離子方程式___________________________。

（2）請寫出陽極的電極反應式（含FeO42-）___________________________________。

Answer 1

【答案】AD A 原料氣中N2相對易得，適度過量有利于提高H2的轉化率；N2在Fe催化劑上的吸附是決速步驟，適度過量有利于提高整體反應速率。 ADE 2Fe3+＋3C1O-＋10OH-＝2FeO42-＋3Cl-＋5H2O或2Fe(OH)3+3C1O-＋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，根據反應N2（g）＋H2（g）NH3（g）△H（298K）＝－46.2kJ/mol，為了提高合成氨平衡產率，即平衡正向移動，低溫和高壓符合條件，答案選AD；

（2）① N2（g）＋H2（g）NH3（g）

起始量： 1 3 0

轉化量： 3 2

平衡量： 1- 3-3 2

x(NH3)%=；x(N2)%=；x(H2)%=

，化簡得；

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

（3）①由反應N2（g）＋H2（g）NH3（g）可知，加過量氮氣，有利于平衡正向移動，提高H2的轉化率以及氨氣的產率，同時根據題干“N2的吸附分解反應活化能高、速率慢，決定了合成氨的整體反應速率。”可知，N2在Fe催化劑上的吸附是決速步驟，適度過量有利于提高整體反應速率。②易知A選項正確；控制溫度遠高于室溫是為了保證催化劑的活性，提高反應速率，并非為了保證盡可能高的平衡轉化率和快的反應速率，B錯誤；恒壓條件充入少量惰性氣體，相當于減壓，平衡逆向移動，不利于提高平衡轉化率，C錯誤；不斷將氨氣液化，生成物濃度降低，有利于平衡正向移動，D正確，當選；通過天然氣和水蒸氣轉化制得的H2，由于含有CH4，CO等易燃易爆氣體，容易出現安全隱患，此外CH4，CO可能會與催化劑反應，造成催化劑活性降低，所以必須經過凈化處理，E正確。答案選ADE；

（二）（1）將一定量C12通入KOH溶液，生成KCl和KClO，KClO具有強氧化性，將Fe3+氧化為FeO42-，然后根據堿性環境，配平即可，得到2Fe3+＋3C1O-＋10OH-＝2FeO42-＋3Cl-＋5H2O或2Fe(OH)3+3C1O-＋4OH-＝2FeO42-＋3Cl-＋5H2O；

（2）陽極失電子，反應物為Fe3+產物為FeO42-，然后根據堿性環境及守恒規則，易寫出Fe3++8OH- -3e-=FeO42-＋4H2O或Fe(OH)3+5OH--3e-=FeO42-＋4H2O。