氨是重要的氮肥，是产量较大的化工产品之一。课本里介绍的合成氨技术称为哈伯法，是德国人哈伯在1905年发明的，其合成原理为：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)

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氨是重要的氮肥，是产量较大的化工产品之一。课本里介绍的合成氨技术称为哈伯法，是德国人哈伯在1905年发明的，其合成原理为：
N₂(g)＋3H₂(g)

2NH₃(g) ΔH＝－92.4 kJ·mol^－¹
他因此获得了1918年诺贝尔化学奖。试回答下列问题：
(1)合成氨工业中采取的下列措施可用勒夏特列原理解释的是________。

A．采用较高压强

B．采用500 ℃的高温

C．用铁触媒作催化剂

D．将生成的氨液化并及时从体系中分离出来，剩余N₂和H₂循环到合成塔

中，并补充N₂和H₂
(2)下图是实验室模拟工业合成氨的简易装置，简述检验有氨气生成的方法：
_________________________________________________________________。

(3)在298 K时，将10 mol N₂和30 mol H₂通入合成塔中，放出的热量小于924kJ，原因是______________________________
(4)1998年希腊亚里斯多德大学的Marmellos和Stoukides采用高质子导电性
的SCY陶瓷(能传递H^＋)，实现了高温、常压下高转化率的电化学合成氨。其
实验装置如下图，则其阴极的电极反应式为____________________________。

答案

(1)AD
(2)用湿润的红色石蕊试纸放在管口处，若试纸变蓝则说明有氨气生成
(3)该反应是可逆反应，10 mol N₂与30 mol H₂不可能完全反应，所以放出的热量小于10×92.4 kJ＝924 kJ
(4)N₂＋6H^＋＋6e^－=2NH₃

解析

(1)勒夏特列原理只解释平衡移动问题。(2)根据氨的性质进行检验。(3)合成氨的反应是可逆反应。(4)根据合成氨反应中的氧化剂、电解池中阴极反应特点及电解质成分进行分析。

举一反三

合成氨的流程示意图如下：

回答下列问题：
(1)工业合成氨的原料是氮气和氢气。氮气是从空气中分离出来的，通常使用的两种分离方法是____________、____________；氢气的来源是水和碳氢化合物，写出分别采用煤和天然气为原料制取氢气的化学方程式________________________，__________________________。
(2)设备A中含有电加热器，触媒和热交换器，设备A的名称是________，其中发生的化学反应方程式为__________________________。
(3)设备B的名称为________，其中m和n是两个通水口，入水口是________(填“m”或“n”)。不宜从相反方向通水的原因是________________________________________。
(4)设备C的作用是____________________________________________。
(5)在原料气制备过程中混有的CO对催化剂有毒害作用，欲除去原料气中的CO，可通过如下反应来实现：
CO(g)＋H₂O(g)

CO₂(g)＋H₂(g)
已知1 000 K时该反应的平衡常数K＝0.627，若要使CO的转化率超过90%，则起始物中c(H₂O)∶c(CO)不低于________。

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液氨常用作制冷剂，回答下列问题
（1）一定条件下在密闭容器中发生反应：
a．NH₄I(s)

NH₃(g) + HI(g) b．2HI(g)

H₂(g) + I₂(g)
①写出反应a的平衡常数表达式
②达到平衡后，扩大容器体积，反应b的移动方向（填“正向”、“逆向”或“不移动”），达到新的平衡时容器内颜色将怎样变化（填“加深”、“变浅”或“不变”）
（2）工业上合成氨的反应：N₂(g)＋3H₂(g)

2NH₃(g) ΔH＝－92.60 kJ·mol^－1
下列说法能说明上述反应向正反应方向进行的是________(填序号)。
a．单位时间内生成2n mol NH₃的同时生成3n mol H₂
b．单位时间内生成6n mol N—H键的同时生成2n mol H—H键
c．用N₂、H₂、NH₃的物质的量浓度变化表示的反应速率之比为1∶3∶2
d．混合气体的平均摩尔质量增大
e．容器内的气体密度不变
（3）已知合成氨反应在某温度下2 L的密闭容器中进行，测得如下数据：

时间(h) 物质的量(mol)	0	1	2	3	4
N₂	1.50	n₁	1.20	n₃	1.00
H₂	4.50	4.20	3.60	n₄	3.00
NH₃	0	0.20		1.00	1.00

根据表中数据计算：
①反应进行到2 h时放出的热量为________ kJ。
②0～1 h内N₂的平均反应速率为________ mol·L^－1·h^－1。
③此温度下该反应的化学平衡常数K＝________(保留两位小数)。
④反应达到平衡后，若往平衡体系中再加入N₂、H₂和NH₃各1.00 mol，化学平衡将向________方向移动(填“正反应”或“逆反应”)。
（4）肼（N₂H₄）的性质类似于NH₃，极易溶于水，与水反应生成一种二元弱碱在溶液中分步电离，请用离子反应方程式表示其水溶液显碱性的原因

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甲醇被称为21世纪的新型燃料，工业上通过下列反应Ⅰ和Ⅱ，用CH₄和H₂O为原料来制备甲醇。
(1)将1.0 mol CH₄和2.0 mol H₂O(g)通入反应室(容积为100 L)，在一定条件下发生反应：CH₄(g)＋H₂O(g)

CO(g)＋3H₂(g)……Ⅰ，CH₄的转化率与温度、压强的关系如图所示。

①已知100°C时达到平衡所需的时间为5 min，则用H₂表示的平均反应速率为________。
②图中的p₁________p₂(填“<”“>”或“＝”)，100°C时平衡常数为________。
③在其他条件不变的情况下降低温度，逆反应速率将________(填“增大”“减小”或“不变”)。
(2)在压强为0.1 MPa条件下，a mol CO与3a mol H₂的混合气体在催化剂作用下能自发反应生成甲醇：CO(g)＋2H₂(g)

CH₃OH(g)……Ⅱ。
④该反应的ΔH________0，ΔS________0(填“<”“>”或“＝”)。
⑤若容器容积不变，下列措施可增加甲醇产率的是________。
A．升高温度
B．将CH₃OH(g)从体系中分离
C．充入He，使体系总压强增大
D．再充入1 mol CO和3 mol H₂
⑥为了寻找合成甲醇的温度和压强的适宜条件，某同学设计了三组实验，部分实验条件已经填在下面实验设计表中。请在下表空格中填入剩余的实验条件数据。

实验编号	T(°C)	n(CO)/n(H₂)	p(MPa)
ⅰ	150	½	0.1
ⅱ	________	________	5
ⅲ	350	________	5

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一定温度下，在2 L密闭容器中发生下列反应：4NO₂(g)＋O₂(g)

2N₂O₅(g)；已知该反应的平衡常数：K₃₀₀_℃＞K₃₅₀_℃，且n(NO₂)(单位：mol)随时间变化如下表：

时间(s)	0	500	1000	1500
t₁℃	20	13.96	10.08	10.08
t₂℃	20	a	b	c

下列说法一定正确的是（）
A．正反应为吸热反应
B．如果t₂℃＜t₁℃，那么a＞b＝c，且a＝10＋0.5b
C．如果t₂℃＜t₁℃，那么t₂℃达到平衡的时间介于1 000 s至1 500 s之间
D．如果t₂℃＞t₁℃，那么b＞10.08

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溶液中，反应A＋2B

C分别在三种不同实验条件下进行，它们的起始浓度均为c(A)
＝0.100 mol/L、c(B)＝0.200 mol/L及c(C)＝0 mol/L。反应物A的浓度随时间的变化如图所示。

请回答下列问题：
(1)与①比较，②和③分别仅改变一种反应条件。所改变的条件和判断的理由是：
②                                                                    ；
③                                                                   。
(2)实验②平衡时B的转化率为       ；实验③平衡时C的浓度为       。
(3)该反应的ΔH       0，其判断理由是                                   。
(4)该反应进行到4.0 min时的平均反应速率：
实验②：v(B)＝                                                         。
实验③：v(C)＝                                                           。

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