Question

（2011?咸陽模擬）如圖是工業生產硝酸銨的流程示意圖．

（1）吸收塔C中通入過量空氣的目的是

使NO充分氧化（或者“提高NO的轉化率”）

．A、B、C、D四個容器中的反應，屬于氧化還原反應的是

ABC

（填字母）．
（2）已知：4NH₃（g）+3O₂（g）═2N₂（g）+6H₂O（g），△H=-1266.8kJ/mol；
N₂（g）+O₂（g）═2NO（g），△H=+180.5kJ/mol
據此寫出氨高溫催化氧化的熱化學方程式：

4NH₃（g）+5O₂（g）=4NO（g）+6H₂O（g），△H=-905.8KJ/mol

．
若上述催化氧化過程轉移了5mol電子，則反應的能量變化為

226.45

kJ．
（3）在化工研究中，經常要判斷反應能否自發進行，若某反應的△H＜0，則該反應是否一定能自發進行？

不一定

（填“一定”或“不一定”）
（4）已知：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g），△H=-92kJ/mol．為提高氫氣的轉化率，宜采取的措施有

CDE

（填字母）．
A．適當升高溫度  
B．使用更有效的催化劑  
C．增大壓強  
D．循環利用和不斷補充氮氣    
E．及時分離出氨氣
（5）在一定溫度和壓強下，將H₂和N₂按3：1的體積比在密閉容器中混合，當反應達到平衡時，測得平衡混合氣中NH₃的體積分數為20.0%，此時H₂的轉化率為

33.3%

（計算結果保留一位小數）．

Answer 1

分析：本題中涉及的化學反應有：①N₂+3H₂?2NH₃②4NH₃+5O₂

催化劑 .

△

4NO+6H₂O③2NO+O₂═2NO₂④3NO₂+H₂O═2HNO₃+NO⑤4NO₂+O₂+H₂O═4HNO₃⑥NH₃+HNO₃═NH₄NO₃
（1）吸收塔中涉及的反應有：2NO+O₂═2NO₂；3NO₂+H₂O═2HNO₃+NO；4NO₂+O₂+H₂O═4HNO₃；為使NO充分氧化而生成硝酸，應通入過量空氣；根據反應中各物質的組成元素的化合價是否發生變化來判斷是否發生氧化還原反應；
（2）已知：①4NH₃（g）+3O₂（g）═2N₂（g）+6H₂O（g），△H=-1266.8kJ/mol
②N₂（g）+O₂（g）═2NO（g），△H=+180.5kJ/mol，利用蓋斯定律可求知反應熱；根據電子轉移的物質的量計算反應中消耗反應物的物質的量，依次計算反應熱；
（3）反應能否自發進行取決于△H-T?△S＜0（其中△H為反應熱，T為溫度，△S為熵變）；
（4）為提高某一反應物的轉化率，應使平衡向正反應方向移動；
（5）根據阿伏加德羅定律結合化學方程式，用三段式計算法計算．

解答：解：（1）吸收塔中涉及的反應有：2NO+O₂═2NO₂；3NO₂+H₂O═2HNO₃+NO；4NO₂+O₂+H₂O═4HNO₃；為使NO充分氧化而生成硝酸，應通入過量空氣；題中涉及的化學反應有：①N₂+3H₂?2NH₃②4NH₃+5O₂

催化劑 .

△

4NO+6H₂O③2NO+O₂═2NO₂④3NO₂+H₂O═2HNO₃+NO⑤4NO₂+O₂+H₂O═4HNO₃⑥NH₃+HNO₃═NH₄NO₃，其中①②③④⑤屬于氧化還原反應，故答案為：使NO充分氧化（或者“提高NO的轉化率”）； A B C；
（2）已知：①4NH₃（g）+3O₂（g）═2N₂（g）+6H₂O（g），△H=-1266.8kJ/mol
②N₂（g）+O₂（g）═2NO（g），△H=+180.5kJ/mol，
利用蓋斯定律①-2×②可得：4NH₃（g）+5O₂（g）

催化劑 .

△

4NO（g）+6H₂O（g），△H=-905.8KJ/mol；根據反應：
4NH₃（g）+5O₂（g）

催化劑 .

△

4NO（g）+6H₂O（g），△H=-905.8KJ/mol；  轉移的電子的物質的量
                                               905.8KJ                20mol
                                                 Q                     5mol
Q=

905.8KJ×5mol

20mol

=226.45KJ，
故答案為：4NH₃（g）+5O₂（g）

催化劑 .

△

4NO（g）+6H₂O（g），△H=-905.8KJ/mol； 226.45；
（3）反應能否自發進行取決于反應中的焓變和熵變以及反應溫度的關系，即△H-T?△S＜0（其中△H為反應熱，T為溫度，△S為熵變），所以某反應的△H＜0，該反應不一定能自發進行，故答案為：不一定；    
（4）為提高氫氣的轉化率，應是反應向正反應方向移動，本題中可采取的措施有：增大壓強、循環利用和不斷補充氮氣、及時分離出氨氣；故答案為：C D E； 
（5）設反應起始時H₂和N₂的物質的量分別為3mol和1mol，平衡時轉化了xmolN₂，
       N₂ +3H₂ ?2NH₃
起始  1mol   3mol           0
轉化   x      3x            2x
平衡   1-x    3-3x          2x
根據題意知：

2x

(1-x)+(3-3x)+2x

×100%=20.0%，則x=

1

3

，所以此時H₂的轉化率為33.3%，故答案為：33.3%

點評：本題考查工業合成硝酸銨、蓋斯定律的應用以及化學平衡問題，題目較為綜合，做題時注意兩個問題，一是蓋斯定律的應用，另一個是化學平衡的計算．