Question

【题目】自上个世纪德国建立了第一套合成氨装置，合成氨工业为解决人类的温饱问题作出了极大贡献。回答下列问题:

（1）已知:①1g H2 完全燃烧生成H2O(g)放出121kJ 的热量；

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

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

工业合成氨的热化学方程式是_________________________________________。

（2）应用化石燃料(特别是煤)制备的原料气H2 中含有杂质碳( 主要成分为CO2)、杂质硫主要成分为H2S)。工业上采用湿法脱硫的方法回收硫，方法是先用纯碱溶液吸收H2S，使之转化为NaHS，然后用偏钒酸钠(NaVO3)溶液氧化硫元素，使之转化为硫单质，并生成焦钒酸钠( Na2V4O9)，混法脱硫中发生的氧化还原反应的化学方程式是_________________________，反应中转移2×103mol电子时，理论上回收硫_______kg。

（3）工业上利用NH3为原料合成尿素，其原理是2 NH3(g) +CO2(g)CO(NH2)2(1)+ H2O(g)。①该可逆反应的平衡常数(K)和温度(T)的关系如下:

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

合成尿素的反应为_____________(填“放热反应”或“吸热反应”)。

②合成尿素的原料气中NH3和CO2的物质的量之比称为氨碳比，可用[n(NH3)]/[n(CO2)]表示。在一定温度和压强下，图甲中曲线________(填“I”或“II”)表示的是氨碳比与CO2的转化率(a)的关系，判断理由是_______________________________；当[n(NH3)]/[n(CO2)]=4时，NH3的转化率为_______________。

（4）利用特殊的材料，通过电化学法也可以合成氨，如图乙所示原理可利用N2、H2、CO、水蒸气合成氨。阳极反应式是_______________，离子交换膜中通过的离子是_____(填化学符号)。

Answer 1

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

【解析】(1)已知:①1gH2完全燃烧生成H2O(g)放出121kJ的热量，则1mol氢气完全燃烧生成H2O(g)放出242kJ的热量，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，根据盖斯定律，将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，故答案为：3H2(g)+N2(g)==2NH3(g) △H=-924kJ/mo1；

(2)用纯碱溶液吸收H2S，使之转化为NaHS，然后用偏钒酸钠(NaVO3)溶液氧化硫元素，使之转化为硫单质，并生成焦钒酸钠(Na2V4O9)，混法脱硫中发生的氧化还原反应的化学方程式为2NHS+4NaVO3+H2O==Na2V4O9+4NaOH+2S↓，反应中硫的化合价升高2×2=4，V的化合价降低1×4=4，转移4个电子，因此反应中转移2×103mol电子时，反应生成硫=1000mol，质量为1000mol×32g/mol=32000g=32kg，故答案为：2NHS+4NaVO3+H2O==Na2V4O9+4NaOH+2S↓；32；

(3)①根据表格数据，升高温度，平衡常数K减小，说明平衡逆向移动，则正反应为放热反应，故答案为：放热反应；

②根据方程式2 NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(1)+ H2O(g)，随着氨碳比[n(NH3)]/[n(CO2)]增大，氨气的转化率减小，二氧化碳的转化率增大，结合图像可知，曲线I满足条件；当[n(NH3)]/[n(CO2)]=4时，二氧化碳的转化率=64%，假设二氧化碳为1mol，则氨气为4mol，反应的氨气为1mol×64%×2，因此氨气的转化率=×100%=32%，故答案为：I；n(NH3)/n(CO2)大，则c(NH3)大，CO2转化率增大；32%；

(4)可利用N2、H2、CO、水蒸气合成氨，根据示意图，反应中N元素化合价降低发生还原反应，H和C元素化合价升高发生氧化反应，因此阳极反应式为H2+CO+H2O-4e-==CO2+4H+，生成的氢离子需要通过离子交换膜进入阴极区，反应形成氨气放出，故答案为：H2+CO+H2O-4e-==CO2+4H+；H+。