Question

工业合成氨与制备硝酸可采用如图1流程进行联合生产：（1）如图2表示了298K时氮气与氢气合成氨反应过程中

工业合成氨与制备硝酸可采用如图1流程进行联合生产：（1）如图2表示了298K时氮气与氢气合成氨反应过程中的能量变化．对于合成氨的反应下列说法正确的是______ （填编号）．a．该反应在任意条件下都可以自发进行b．加入催化剂，能使该反应的E和△H都减小c．若该反应在298K、398K时的化学平衡常数分别为K1、K2，则K1＞K2d．该反应属于人工固氮（2）在800℃时，氨与氧气在氨氧化炉中反应的主要产物是NO和H2O．在实际生产中氨的氧化率与混合气中氧氨比{氧气与氨气物质的量比，以γ[n（O2）/n（NH3）]表示}的关系如图3所示．①在实际生产中，将γ值维持在数值______之间为好．②实际生产中，通入氨氧化炉的是空气，若使氨的氧化率达到95%，应控制氨在氨、空气混合气体中的体积分数约为_______ （设氧气占空气的体积分数为20%）．（3）由于二氧化氮不能被水完全吸收，因此生成的气体须经过多次氧化、吸收的循环操作，使其充分转化为硝酸（如果不考虑生产过程中的其它损失）．①从理论上分析，要使氨气完全转化为硝酸，则原料氨气和氧气物质的量的投料比至少为______．②如果按理论上的原料比将原料放在一个具有反应条件的密闭容器中进行，所有物质不与外界交换，则最后所得溶液的质量分数为______．③循环操作的次数与二氧化氮生成硝酸的转化率具有一定的数学关系．计算一定量的二氧化氮气体大约要经过______次循环操作，才能使二氧化氮的转化率约为96%．





Answer 1

（1）a．该反应为焓减熵减，△H-T△S＜0，反应自发进行，故应在低温下可能自发进行，故a错误；
b．加入催化剂降低活化能，不影响反应热，故b错误；
c．该反应为放热反应，升高温度，平衡向逆反应移动，平衡常数降低，故c正确；
d．工业合成氨是人工固氮，故d正确．
故选：cd；
（2）①由于一方面提高氧气量，增大氨的氧化率；另方面γ值在1.7～2.2时，氨的氧化率已高达95～99%，再提高，氨的氧化率上升空间已有限，反而会增加能耗，提高生产成本，所以而实际生产要将γ值维持在1.7～2.2之间，
故答案为：1.7～2.2；
②氨的氧化率达到95%，γ{n（O₂）/n （NH₃）}=1.7，设氨气的物质的量是xmol，n（O₂）=1.7xmol，空气的物质的量是：1.7xmol×5=8.5xmol，
氨气的体积分数是：

xmol

xmol+8.5xmol

×100%=10.5%，
（3）①由4NH₃+5O₂

催化剂 .

△

4NO+6H₂O、4NO+3O₂+2H₂O=4HNO₃，可得：NH₃+2O₂=HNO₃+H₂O，则原料氨气和氧气物质的量的投料比为1：2；
故答案为：1：2；
②由4NH₃+5O₂

催化剂 .

△

4NO+6H₂O、4NO+3O₂+2H₂O=4HNO₃，可得：NH₃+2O₂=HNO₃+H₂O，则按理论上的原料比将原料放在一个具有反应条件的密闭容器中进行，所有物质不与外界交换，则生成1molHNO₃时，水是也是mol，则硝酸的质量分数为：

63

63+18

×100%=77.8%；
故答案为：77.8%；
③设起始时NO₂物质的量为1 mol，经过n次循环后生成HNO₃的物质的量为：Sn=

2

3

+

2

3

×

1

3

+

2

3

×（

1

3

）²+??????+

2

3

×（

1

3

）^n-1，经等比数列求和得Sn=

2 3 [1?( 1 3 )n]

1? 1 3

=1-（

1

3

）ⁿ，因此，NO₂→HNO₃转化率为1-（

1

3

）ⁿ×100%=95%，因此，n=2.6≈3，要经过3次循环操作才能使95%的NO₂转化为HNO₃，
故答案为：3．