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简答题

一种“人工固氮”的新方法是在光照条件下,N2在催化剂表面与水蒸气发生反应生成NH3和氧气. 已知:

(1)请根据以上信息,写出“人工固氮”新方法的热化学方程式:______

(2)进一步研究NH3生成量与温度的关系,部分实验数据见下表(反应时间3h):

①50℃时从开始到3h内以O2物质的量浓度变化表示的平均反应速率为______

②与目前广泛应用的工业合成氨方法相比,该方法中固氮反应速率慢.请提出可提高其反应速率且增大NH3生成量的建议(请写出两条)____________

(3)氨是氮肥工业的重要原料.某化肥厂生产铵态氮肥(NH42SO4的工业流程如下:

①往沉淀池中装入CaSO4悬浊液后,需先通入足量NH3,再通入CO2的原因是______

②煅烧炉中产生的固态副产品为______,生产流程中能被循环利用的物质X为______

正确答案

解:根据题目信息,N2在催化剂表面与水蒸气发生反应生成NH3和氧气,写热化学方程式的物质变化部分为:N2+3H2O2NH3+O2,旧键断裂吸收的能量为:945kJ+6×463kJ=3723kJ,新键生成释放的能量为:6×391KJ+×498KJ=3093KJ所以△H=3723kJ•mol-1-3093kJ•mol-1=+630kJ•mol-1,故答案为:N2(g)+3H2O(g)2NH3(g)+O2(g);△H=+630kJ•mol-1

(2)①50℃时从开始到3h内,根据化学反应速率公式v(NH3)===2.0×10-6(mol/(l•h)),氨气的反应速率和氧气的反应速率之比等于系数之比,即为4:3,故v(O2)=1.5×l0-6 mol/(L•h)(或2.5×l0-8 mol/(L•min),故答案为:1.5×l0-6 mol/(L•h)(或2.5×l0-8 mol/(L•min);

②加快化学反应速率的外界因素有升高温度、加大浓度、加大压强、使用催化剂等,对于该反应可以升高温度、增大压强,及时补充反应物等,故答案为:升高温度;增大压强;

(3)①先通入足量NH3,再通入CO2的原因是:氨在水中溶解度大,使溶液呈碱性,有利于吸收CO2,增大c(CO32-),促使CaSO4转化为CaCO3,同时生成(NH42SO4,故答案为:氨在水中溶解度大,使溶液呈碱性,有利于吸收CO2,增大c(CO32-),促使CaSO4转化为CaCO3,同时生成(NH42SO4

②碳酸钙高温分解生成氧化钙和二氧化碳,固态副产品为CaO(或生石灰),CO2(或二氧化碳)能被循环利用,故答案为:CaO(或生石灰);CO2(或二氧化碳).

解析

解:根据题目信息,N2在催化剂表面与水蒸气发生反应生成NH3和氧气,写热化学方程式的物质变化部分为:N2+3H2O2NH3+O2,旧键断裂吸收的能量为:945kJ+6×463kJ=3723kJ,新键生成释放的能量为:6×391KJ+×498KJ=3093KJ所以△H=3723kJ•mol-1-3093kJ•mol-1=+630kJ•mol-1,故答案为:N2(g)+3H2O(g)2NH3(g)+O2(g);△H=+630kJ•mol-1

(2)①50℃时从开始到3h内,根据化学反应速率公式v(NH3)===2.0×10-6(mol/(l•h)),氨气的反应速率和氧气的反应速率之比等于系数之比,即为4:3,故v(O2)=1.5×l0-6 mol/(L•h)(或2.5×l0-8 mol/(L•min),故答案为:1.5×l0-6 mol/(L•h)(或2.5×l0-8 mol/(L•min);

②加快化学反应速率的外界因素有升高温度、加大浓度、加大压强、使用催化剂等,对于该反应可以升高温度、增大压强,及时补充反应物等,故答案为:升高温度;增大压强;

(3)①先通入足量NH3,再通入CO2的原因是:氨在水中溶解度大,使溶液呈碱性,有利于吸收CO2,增大c(CO32-),促使CaSO4转化为CaCO3,同时生成(NH42SO4,故答案为:氨在水中溶解度大,使溶液呈碱性,有利于吸收CO2,增大c(CO32-),促使CaSO4转化为CaCO3,同时生成(NH42SO4

②碳酸钙高温分解生成氧化钙和二氧化碳,固态副产品为CaO(或生石灰),CO2(或二氧化碳)能被循环利用,故答案为:CaO(或生石灰);CO2(或二氧化碳).

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题型:简答题
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简答题

科学家一直致力于“人工固氮”的方法研究.

(1)目前合成氨的技术原理为:(g)+3H2(g)⇌2NH3(g);△H=-92.4kJ/molN2

该反应的能量变化如图1所示.

①在反应体系中加入催化剂,反应速率增大,E2的变化是:______.(填“增大”、“减小”或“不变”).

②将一定量的N2(g)和H2(g)放入1L的密闭容器中,在500℃、2×107Pa下达到平衡,测得N2为0.1mol,H2为0.3mol,NH3为0.1mol.该条件下H2的转化率为______

③欲提高②容器中H2的转化率,下列措施可行的是______

A.向容器中按原比例再充入原料气

B.向容器中再充入惰性气体

C.改变反应的催化剂

D.液化生成物分离出氨

(2)1998年希腊亚里士多德大学的两位科学家采用高质子导电性的SCY陶瓷(能传导H+),从而实现了高转化率的电解法合成氨.其实验装置如图2所示.阴极的电极反应式为______

(3)根据最新“人工固氮”的研究报道,在常温、常 压、光照条件下,N2在催化剂(掺有少量Fe2O3和TiO2)表面与水发生下列反应:2N2(g)+6H2O(l)4NH3(g)+3O2(g);△H=a kJ/mol

进一步研究NH3生成量与温度关系,常压下达到平衡时测得部分实验数据如下:

①此合成反应的a______0.(填“大于”、“小于”或“等于”)

N2(g)+3H2(g)2NH3(g);△H=-92.4kJ/mol

②已知

O2(g)+2H2(g)2H2O(l);△H=-571.6kJ/mol则2N2(g)+6H2O(l)4NH3(g)+3O2(g);△H=______kJ/mol

(4)NH4Cl溶液呈酸性,这是由于N水解的缘故.则NH4Cl在重水(D2O)中水解的离子方程式是______

正确答案

解:(1)①催化剂可以降低反应的活化能,增大反应速率,而E1即为活化能,E2=E1+△H,所以E2会减小,

故答案为:减小;

②根据化学方程式:N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g)

初始浓度;       0.6     0.45      0

变化浓度:0.5      0.15     0.1

平衡浓度:0.1        0.3      0.1

×100%≈33.3%,故答案为:33.3%;

③根据化学平衡:N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g),

A.向容器中按原比例再充入原料气,则压强增大,平衡向右移动,氢气的转化率增大,故A正确;

B.向容器中再充入惰性气体,则各组分浓度不变,平衡不移动,氢气的转化率不变,故B错误;

C.改变反应的催化剂,不影响平衡的移动,氢气的转化率不变,故C错误;

D.液化生成物分离出氨,平衡向右移动,氢气的转化率增大,故D正确;

故选AD.

(2)电解池的阴极发生得电子的还原反应,在合成氨中,氮气得电子,所以阴极反应为:N2+6H++6e-=2NH3

故答案为:N2+6H++6e-=2NH3

(3)①温度对化学平衡移动方向的影响是:温度越高,氨气的量越大,所以升高温度,平衡向右进行,反应是吸热反应,故答案为:大于;

②已知:a、N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g);△H=-92.4kJ/mol;

b、O2(g)+2H2(g)═2H2O(l);△H=-571.6kJ/mol,

则反应2N2(g)+6H2O(l)═4NH3(g)+3O2(g)等于2a-3b;

所以△H=2×(-92.4kJ/mol)-3×(-571.6kJ/mol)=+1530.0kJ/mol,

故答案为:1530.0;

(4)NH4Cl在重水(D2O)中水解的实质是铵根和中水中的OD-反应的结果,离子方程式是NH4++D2O⇌NH3•HDO+D+,故答案为:NH4++D2O⇌NH3•HDO+D+

解析

解:(1)①催化剂可以降低反应的活化能,增大反应速率,而E1即为活化能,E2=E1+△H,所以E2会减小,

故答案为:减小;

②根据化学方程式:N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g)

初始浓度;       0.6     0.45      0

变化浓度:0.5      0.15     0.1

平衡浓度:0.1        0.3      0.1

×100%≈33.3%,故答案为:33.3%;

③根据化学平衡:N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g),

A.向容器中按原比例再充入原料气,则压强增大,平衡向右移动,氢气的转化率增大,故A正确;

B.向容器中再充入惰性气体,则各组分浓度不变,平衡不移动,氢气的转化率不变,故B错误;

C.改变反应的催化剂,不影响平衡的移动,氢气的转化率不变,故C错误;

D.液化生成物分离出氨,平衡向右移动,氢气的转化率增大,故D正确;

故选AD.

(2)电解池的阴极发生得电子的还原反应,在合成氨中,氮气得电子,所以阴极反应为:N2+6H++6e-=2NH3

故答案为:N2+6H++6e-=2NH3

(3)①温度对化学平衡移动方向的影响是:温度越高,氨气的量越大,所以升高温度,平衡向右进行,反应是吸热反应,故答案为:大于;

②已知:a、N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g);△H=-92.4kJ/mol;

b、O2(g)+2H2(g)═2H2O(l);△H=-571.6kJ/mol,

则反应2N2(g)+6H2O(l)═4NH3(g)+3O2(g)等于2a-3b;

所以△H=2×(-92.4kJ/mol)-3×(-571.6kJ/mol)=+1530.0kJ/mol,

故答案为:1530.0;

(4)NH4Cl在重水(D2O)中水解的实质是铵根和中水中的OD-反应的结果,离子方程式是NH4++D2O⇌NH3•HDO+D+,故答案为:NH4++D2O⇌NH3•HDO+D+

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题型:简答题
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简答题

农作物生长发育需要大量的氮养分,除了可用人工固氮方法(合成氮)获得氨态氯外,自然界雷电现象也是一种固氮途经,经由雷电固定的氮是硝态氮(硝酸或硝酸盐形式),其相关的化学方程式为__________________

正确答案

解:在放电条件下,氮气和氧气发生化合反应,故答案为:N2+O2 2NO;NO不稳定,易被氧气氧化为二氧化氮,故答案为:2NO+O2═2NO2

二氧化氮溶于水生成硝酸,故答案为:3NO2+H2O═2HNO3+NO.

解析

解:在放电条件下,氮气和氧气发生化合反应,故答案为:N2+O2 2NO;NO不稳定,易被氧气氧化为二氧化氮,故答案为:2NO+O2═2NO2

二氧化氮溶于水生成硝酸,故答案为:3NO2+H2O═2HNO3+NO.

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题型: 单选题
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单选题

下列由相关实验现象所推出的结论正确的是(  )

ACl2、SO2均能使品红溶液褪色,说明二者均有氧化性

B向溶液中滴加酸化的Ba(NO32溶液出现白色沉淀,说明该溶液中一定有SO2-4

CFe与稀HNO3、稀H2SO4反应均有气泡产生,说明Fe与两种酸均发生置换反应

D分别充满HCl、NH3的烧瓶倒置于水中后液面均迅速上升,说明二者均易溶于水

正确答案

D
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题型: 单选题
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单选题

下列说法正确的是

[ ]

A根据反应5Fe2++MnO4-+8H+=5Fe3++Mn2++4H2O可知,用酸性KMnO4溶液可检验绿矾是否变质

B根据反应3Cl2+8NH3=6NH4Cl+N2可知,NH3具有还原性

C根据反应2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑可知,单质Al具有两性

D根据反应H3PO3+2NaOH(足量)=Na2HPO3+2H2O可知,H3PO3属于三元酸

正确答案

B
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题型: 单选题
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单选题

下列物质能与水发生氧化还原反应的是

[ ]

ANH3

BN2

CNa

DKNO3

正确答案

C
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题型: 单选题
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单选题

下列有关物质的性质和该性质的应用均正确的是

[ ]

A次氯酸钠具有强还原性,是漂白液的主要成分

B二氧化硅是制造光导纤维的材料 

C将NaOH溶液加水稀释,溶液中所有离子的浓度都会减小

DNH3溶于水后显碱性,在FeCl3饱和溶液中通入足量NH3可制取Fe(OH)3胶体

正确答案

B
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题型: 多选题
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多选题

有关氨气的实验较多,下面对这些实验的实验原理的分析中,正确的是

[ ]

A氨气极易溶解于水的性质可以解释氨气的喷泉实验

B氨气的还原性可以解释氨气与氯化氢的反应实验

C铵盐的水溶性大是实验室中用NH4Cl和Ca(OH)2的混合物制取氨气的原因

DNH3·H2O的热不稳定性可以解释实验室中用加热氨水的方法制取氨气

正确答案

A,D
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题型: 多选题
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多选题

下列有关事实或现象的解释正确的是

[ ]

ASO2气体能使品红和酸性高锰酸钾溶液褪色,且原理相同

B氨气在一定条件下可将NO2转化成无毒的N2,是因为氨气具有还原性

CNH4NO3溶液和HNO3溶液中滴加石蕊都变红色,是因为它们均能电离出H+

DpH=3的盐酸与pH=11的MOH溶液等体积混合后溶液呈碱性,说明MOH为弱碱

正确答案

B,D
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题型: 单选题
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单选题

同温同压下,在3支相同体积的试管中分别充有等体积混合的2种气体,它们是①NO和NO2,②NO2

O2,③NH3和N2。现将3支试管均倒置于水槽中,充分反应后,试管中剩余气体的体积分别为V1、V2、

V3,则下列关系正确的是

[ ]

AV1>V2>V3

BV1>V3>V2

CV2>V3>V1

DV3>V1>V2

正确答案

B
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