Question

【題目】自上個世紀德國建立了第一套合成氨裝置，合成氨工業為解決人類的溫飽問題作出了極大貢獻。回答下列問題:

（1）已知:①1g H2 完全燃燒生成H2O(g)放出121kJ 的熱量；

②N2(g) +O2(g)==2NO(g) △H =+180.5kJ·mol-1

③4NH3(g) +5O2(g)==4NO(g) +6H2O(g) △H =-906.2kJ·mol-1

工業合成氨的熱化學方程式是_________________________________________。

（2）應用化石燃料(特別是煤)制備的原料氣H2 中含有雜質碳( 主要成分為CO2)、雜質硫主要成分為H2S)。工業上采用濕法脫硫的方法回收硫，方法是先用純堿溶液吸收H2S，使之轉化為NaHS，然后用偏釩酸鈉(NaVO3)溶液氧化硫元素，使之轉化為硫單質，并生成焦釩酸鈉( Na2V4O9)，混法脫硫中發生的氧化還原反應的化學方程式是_________________________，反應中轉移2×103mol電子時，理論上回收硫_______kg。

（3）工業上利用NH3為原料合成尿素，其原理是2 NH3(g) +CO2(g)CO(NH2)2(1)+ H2O(g)。①該可逆反應的平衡常數(K)和溫度(T)的關系如下:

T/℃	165	175	185	195
K	111.9	74.1	50.6	34.8

合成尿素的反應為_____________(填“放熱反應”或“吸熱反應”)。

②合成尿素的原料氣中NH3和CO2的物質的量之比稱為氨碳比，可用[n(NH3)]/[n(CO2)]表示。在一定溫度和壓強下，圖甲中曲線________(填“I”或“II”)表示的是氨碳比與CO2的轉化率(a)的關系，判斷理由是_______________________________；當[n(NH3)]/[n(CO2)]=4時，NH3的轉化率為_______________。

（4）利用特殊的材料，通過電化學法也可以合成氨，如圖乙所示原理可利用N2、H2、CO、水蒸氣合成氨。陽極反應式是_______________，離子交換膜中通過的離子是_____(填化學符號)。

Answer 1

【答案】 3H2(g)+N2(g)==2NH3 (g) △H=-92 4kJ/mo1 2NHS+4NaVO3+H2O==Na2V4O9+4NaOH+2S↓ 32 放熱反應 I n(NH3)/n(CO2)大，則c(NH3)大，CO2轉化率增大 32% H2+CO+H2O-4e-==CO2+4H+ H+

【解析】(1)已知:①1gH2完全燃燒生成H2O(g)放出121kJ的熱量，則1mol氫氣完全燃燒生成H2O(g)放出242kJ的熱量，即H2(g)+O2(g)==H2O(g) △H=-242kJ/mo1；②N2(g)+O2(g)==2NO(g) △H =+180.5kJ·mol-1，③4NH3(g)+5O2(g)==4NO(g)+6H2O(g)△H =-906.2kJ·mol-1，根據蓋斯定律，將①×3+②-×③，得：3H2(g)+N2(g)==2NH3(g) △H=3×(-242kJ/mo1)+(+180.5 kJ/mo1)-×(-906.2 kJ/mo1)=-924kJ/mo1，故答案為：3H2(g)+N2(g)==2NH3(g) △H=-924kJ/mo1；

(2)用純堿溶液吸收H2S，使之轉化為NaHS，然后用偏釩酸鈉(NaVO3)溶液氧化硫元素，使之轉化為硫單質，并生成焦釩酸鈉(Na2V4O9)，混法脫硫中發生的氧化還原反應的化學方程式為2NHS+4NaVO3+H2O==Na2V4O9+4NaOH+2S↓，反應中硫的化合價升高2×2=4，V的化合價降低1×4=4，轉移4個電子，因此反應中轉移2×103mol電子時，反應生成硫=1000mol，質量為1000mol×32g/mol=32000g=32kg，故答案為：2NHS+4NaVO3+H2O==Na2V4O9+4NaOH+2S↓；32；

(3)①根據表格數據，升高溫度，平衡常數K減小，說明平衡逆向移動，則正反應為放熱反應，故答案為：放熱反應；

②根據方程式2 NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(1)+ H2O(g)，隨著氨碳比[n(NH3)]/[n(CO2)]增大，氨氣的轉化率減小，二氧化碳的轉化率增大，結合圖像可知，曲線I滿足條件；當[n(NH3)]/[n(CO2)]=4時，二氧化碳的轉化率=64%，假設二氧化碳為1mol，則氨氣為4mol，反應的氨氣為1mol×64%×2，因此氨氣的轉化率=×100%=32%，故答案為：I；n(NH3)/n(CO2)大，則c(NH3)大，CO2轉化率增大；32%；

(4)可利用N2、H2、CO、水蒸氣合成氨，根據示意圖，反應中N元素化合價降低發生還原反應，H和C元素化合價升高發生氧化反應，因此陽極反應式為H2+CO+H2O-4e-==CO2+4H+，生成的氫離子需要通過離子交換膜進入陰極區，反應形成氨氣放出，故答案為：H2+CO+H2O-4e-==CO2+4H+；H+。