Question

【題目】如圖所示是工業生產硝酸銨的流程。

(1)寫出N2和H2通過紅熱的鐵紗網生成氨氣的反應方程式：_____。

(2)在一定溫度和壓強下，將H2和N2按3：1(體積比)在密閉容器中混合，當該反應達到平衡時，測得平衡混合氣中NH3的氣體體積分數為，此時H2的轉化率為_____。

(3)設備B中反應的化學方程式為____。

(4)利用以上流程，若N2與H2合成氨時，H2的轉化率如上題所求，氨氣催化氧化制硝酸時損失20%，其他環節損失忽略不計，則9噸H2最多可制取_____噸硝酸銨。

(5)某課外小組運用原電池原理合成氨，其裝置結構如圖所示：

該裝置的負極為_____(填a或b)，試寫出a極的電極反應式_______。

Answer 1

【答案】N2+3H22NH3 60% 4NH3+5O24NO+6H2O 64 b N2+6H++6e-=2NH3

【解析】

從流程圖可知，N2和H2在紅熱鐵砂網的催化作用下合成氨氣，氨氣和空氣中的O2在鉑銠合金網的催化作用下發生催化氧化生成NO和H2O，將NO和空氣、水混合，NO和O2和水反應生成HNO3，然后NH3和HNO3反應生成NH4NO3，

(2) 在一定溫度和壓強下，氣體的體積比等于物質的量之比，假設通入N2的物質的量為1mol，設H2的轉化率為x，列出三段式，可算出H2的轉化率；

(4)由H2的質量算出轉成氨氣的質量，氨氣催化氧化制硝酸來計算硝酸質量，再依據氨與硝酸按1：1生成硝酸銨，列等式算得硝酸銨的質量；

(5)原電池中負極失電子發生氧化反應，正極得電子發生還原反應。

(1)N2和H2在紅熱鐵砂網的催化作用下合成氨氣，化學方程式為：N2+3H22NH3，故答案為：N2+3H22NH3；

(2)在一定溫度和壓強下，氣體的體積比等于物質的量之比，則H2和N2的物質的量之比為3：1，假設通入N2的物質的量為1mol，設H2的轉化率為x，列出三段式： ，，解得x=0.6，則H2的轉化率為60%，故答案為：60%；

(3)B裝置中在Pt-Rh合金網的催化作用下，氨氣和氧氣發生催化氧化反應生成NO和H2O，化學方程式為：4NH3+5O24NO+6H2O，故答案為：4NH3+5O24NO+6H2O；

(4)N2+3H22NH3，H2的轉化率為60%，，9tH2最多可制取氨氣的質量為，設被氧化的氨氣為xt，氨氣催化氧化制硝酸時損失20%，則生成的硝酸為，氨與硝酸按1:1生成硝酸銨，則有，解得x=17，所以硝酸銨的質量為，故答案為64；

(5)電池工作時，電池b處CO失電子被氧化為生成CO2，故負極為b；a極N2得電子被還原生成NH3，電極反應式為：N2+6H++6e-=2NH3，故答案為：b；N2+6H++6e-=2NH3。