Question

（15分）1mol水蒸汽和熾熱的焦炭反應生成水煤氣，反應吸熱131.4 kJ ·mol^－1。利用該反應生成的氫氣和空氣中的氮氣合成氨，其反應的△H＜0。氨可以用于制備硝酸。請回答：
（1）生成水煤氣的熱化學方程式是                          ；
（2）合成氨需要在較大的壓力下進行的原因是                          ；
（3）溫度過高或過低對合成氨的影響是                          ；
（4）由氨生成HNO₃的各步反應的化學方程式是                          ；
（5）某化肥廠由NH₃制備HNO₃，進而生產硝銨（NH₄NO₃）。假設由氨氧化生成HNO₃的總產率是85%，而HNO₃和NH₃完全反應生成NH₄NO₃。列式計算：
①從NH₃制取NH₄NO₃過程中，用于中和硝酸所需的氨占總的氨消耗量的分數；
②若氨的消耗總量為100 kg，可生產NH₄NO₃的量。

Answer 1

（1）C（s）+H₂O（g）CO（g）+H₂（g），△H =" +131.4" kJ ·mol^－1
（2）合成氨是體積減少的反應，加大壓力有利于平衡向生成氨的方向移動
（3）溫度過低反應速率慢；合成氨為放熱反應，溫度過高反應向氨分解的方向進行
（4）4NH₃+5NO4NO+6H₂O，2NO+O₂=2NO₂，3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO
（5）①中和硝酸所需的氨占總的氨消耗量的分數為
②可生產NH₄NO₃：100kg×46%×=216kg

（1）根據題目的敘述和書寫熱化學方程式的步驟和注意事項，很容易的寫出生成水煤氣的熱化學方程式為C(s)+H₂O(g)CO(g)+H₂(g)，△H =" +131.4" kJ ·mol^－1，注意焦炭的狀態為固體，反應吸熱△H應為正值，反應的條件可以不用注明。
（2）工業合成氨的化學方程式為N₂(g)＋3H₂(g)2NH₃(g)，反應的特點是：正反應為氣體體積減小的放熱反應。因此根據平衡移動原理，應采用較大的壓強，使平衡向生成氨的方向移動。
（3）在工業上，選擇反應條件是既要考慮反應速率，又要考慮反應的產率（即化學平衡）；還要考慮催化劑的催化活性問題。因此在合成氨工業中采用的溫度為700K，因為在此溫度時催化劑——鐵觸媒的催化活性最高，同時溫度過低反應速率太小，溫度過高不利于平衡向生成氨的方向移動。
（4）工業制硝酸采用的是氨氧化法，其反應的化學方程式為4NH₃+5NO4NO+6H₂O，2NO+O₂=2NO₂，3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO。
（5）①根據題目要求可知反應的關系為NH₃～HNO₃、NH₃＋HNO₃=NH₄NO₃，假設中硝酸所用的氨氣的物質的量為1 mol，則中的硝酸為1 mol。根據題目生產硝酸時的總產率為85%，則生產這1 mol硝酸利用了氨的物質的量為，所以中和硝酸所需的氨占總的氨消耗量的分數為。
②根據上一問可知100kg氨中用于中和硝酸的氨有100kg×46%=46kg。則
NH₃＋HNO₃=NH₄NO₃
17           80
46kg        m(NH₄NO₃)
所以m(NH₄NO₃)==216kg。