Question

工业用氨氧化法制硝酸，反应过程为：N2、H2→NH3→NO→NO2→HNO3，如图是工业生产硝酸的流程，合成塔中内

工业用氨氧化法制硝酸，反应过程为：N2、H2→NH3→NO→NO2→HNO3，如图是工业生产硝酸的流程，合成塔中内置催化剂，请回答下列问题．（1）1909年化学家哈伯在实验室首次合成了氨，2007化学家格哈德埃德尔在哈伯研究所证实了氢气与氮气在固体催化剂表面合成氨的反应过程，示意图如下：、、分别表示N2、H2、NH3，图⑤表示生成的NH3离开催化剂表面，则图③的含义是______．（2）合成氨反应的化学方程式为N2（g）+3H2（g）?2NH3（g），写出该反应的化学平衡常数表达式：K=______．（3）一定条件下，将H2和N2按3：1（体积比）混合后进入合成塔，反应达到平衡时，平衡混合气中NH3的体积分数为15%，此时H2的转化率为______．（4）已知拆开1molH-H键、1molN-H键、1molN≡N键分别需要的能量是436kJ、391kJ、946kJ，则N2与H2反应生成NH3的热化学方程式为______．（5）吸收塔中通入空气的目的是______．（6）工业上合成氨要先找合适的催化剂，在其他条件相同的情况下，分别对X、Y、Z三种催化剂进行如下实验：①X在T1℃时催化效率最高，可使反应速率加快约3×105倍；②Y在T2℃时催化效率最高，可使反应速率加快约3×105倍；③Z在T3℃时催化效率最高，可使反应速率加快约1×106倍；已知T1＞T2＞T3，根据上述信息，你认为在生产中应该选择的适宜催化剂是______，选择的理由是______．

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Answer 1

（1）分析题中图可以知道，图③表示在催化剂表面，N₂、H₂中化学键断裂，
故答案为：在催化剂表面，N₂、H₂中的化学键断裂；
（2）化学平衡常数是：在特定物理条件下（如温度、压力、溶剂性质、离子强度等），可逆化学反应达到平衡状态时生成物与反应物的浓度比或反应物与反应产物的浓度比．根据以上概念可以写出该反应的化学平衡常数表达式 K=

c2(NH3)

c(N2)．c3(H2)

，故答案为：

c2(NH3)

c(N2)．c3(H2)

；
（3）反应方程式：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g），设参加反应的氢气的物质的量xmol，原混合气体中 H₂ 和N₂ 按3：1（体积之比）混合，物质的量之比也是3：1，设氢气3nmol，氮气nmol，则参加反应的氮气的物质的量为x/3mol，生成的氨气为2x/3mol，列式：

2x 3

n- x 3 +3n+ 2x 3

=15%，解得x≈0.78nmol，H₂ 的转化率为：0.78nmol÷3nmol×100%=26%，故答案为：26%；
（4）根据反应热=反应物键能-生成物键能，△H=946kJ+3×436kJ-6×391kJ=-92kJ，所以热化学方程为：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-96kJ/mol，故答案为：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-96kJ/mol；
（5）氮的氧化物与氧气和水可以生成硝酸，可以使其中的一氧化氮循环利用，全部转化为硝酸，
故答案为：使一氧化氮循环利用，全部转化为硝酸；
（6）比较题中三组数据可知，温度越高耗能就越高，根据温度与反应速率提高的倍数关系可知，Z中反应速率提高最大，也就催化效率最高，且所需温度低，故选Z，故答案为：Z；Z的催化效率最高，且所需温度低；