Question

（2009?中山模拟）工业合成氨与制备硝酸一般可连续生产，流程如下：（1）某温度下体积为200L的氨合成塔中

（2009?中山模拟）工业合成氨与制备硝酸一般可连续生产，流程如下：（1）某温度下体积为200L的氨合成塔中，测得如下数据： 时间（h）浓度（mol/L） 0 1 2 3 4 N2 1.500 1.400 1.200 C1 C1 H2 4.500 4.200 3.600 C2 C2 NH3 0 0.200 0.600 C3 C3根据表中数据计算0～2小时内N2的平均反应速率______mol?L-1?h-1若起始时与平衡时的压强之比为a，则N2的转化率为______（用含a的代数式表示）（2）希腊阿里斯多德大学的 George Marnellos 和 Michael Stoukides，发明了一种合成氨的新方法（Science，2，Oct.1998，p98），在常压下，把氢气和用氦气稀释的氮气分别通入一个加热到570℃的电解池，利用能通过氢离子的多孔陶瓷固体作电解质，氢气和氮气在电极上合成了氨，转化率达到78%，试写出电解池阴极的电极反应式______（3）氨气和氧气从145℃就开始反应，在不同温度和催化剂条件下生成不同产物（如图）：4NH3+5O2?4NO+6H2O　 K1=1×1053（900℃）4NH3+3O2?2N2+6H2O　 K2=1×1067（900℃）温度较低时以生成______为主，温度高于900℃时，NO产率下降的原因______．吸收塔中需要补充空气的原因______．（4）尾气处理时小型化工厂常用尿素作为氮氧化物的吸收剂，此法运行费用低，吸收效果好，不产生二次污染，吸收后尾气中NOx的去除率高达99.95%．其主要的反应为氮氧化物混合气与水反应生成亚硝酸，亚硝酸再与尿素反应生成CO2和N2请写出有关反应化学方程式______，______．

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Answer 1

（1）由表可知氮气的起始浓度为1.5mol/L，2小时氮气的浓度为1.5mol/L．
所以2小时内氮气的速率为v（N₂）=

1.5mol/L?1.2mol/L

2h

=0.15mol?L^-1?h^-1．
开始氮气的物质的量为1.5mol/L×200L=300mol，开始氢气的物质的量为4.5mol/L×200L=900mol，氨气为0．
对于反应     N₂（g）+3H₂（g）2NH₃（g），物质的量减少△n
              1                                         2
变化（mol）：n                                         2n     
所以平衡后混合气体总的物质的量为（300+900-2n）mol=（1200-2n）mol，
所以

1200mol

(1200?2n)mol

=a，解得n=

600a?600

a

所以氮气的转化率为

600a?600 a mol

300mol

=2（1-

1

a

）．
故答案为：0.15mol?L^-1?h^-1 ；  2（1-

1

a

）．
（2）总反应式为N₂+3H₂=2NH₃；
阳极的电极反应为3H₂-6e^-═6H⁺；
总反应式减去阴极电极反应式，即为正极电极反应式，
所以阴极电极反应式为：N₂+6H⁺+6e^-═2NH₃．
故答案为：N₂+6H⁺+6e^-═2NH₃．
（3）由图可知低温主要产物为氮气N₂．
生成NO的反应为放热反应，升高温度平衡向逆反应方向移动，NO的转化率下降．
合成塔反应过程中产生NO，为充分利用，补充空气会进一步与NO反应生成硝酸．
故答案为：N₂；生成NO的反应为放热反应，升高温度转化率下降；进一步与NO反应生成硝酸．
（4）由题目信息可知，NO、NO₂二者混合物与水反应生成亚硝酸，反应方程式为NO+NO₂+H₂O=2HNO₂；
亚硝酸再与尿素反应生成CO₂和N₂，反应方程式为CO （NH₂）₂+2HNO₂=CO₂+2N₂+3H₂O．
故答案为：NO+NO₂+H₂O=2HNO₂；   CO （NH₂）₂+2HNO₂=CO₂+2N₂+3H₂O．