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地球上的氮元素对动植物有重要作用,其中氨的合成与应用是当前的研究热点。人工固氮最主要的方法是Haber—Bosch法。通常用以铁为主的催化剂在400~500℃和10~30MPa的条件下,由氮气和氢气直...
题目内容:
地球上的氮元素对动植物有重要作用,其中氨的合成与应用是当前的研究热点。人工固氮最主要的方法是Haber—Bosch法。通常用以铁为主的催化剂在400~500℃和10~30MPa的条件下,由氮气和氢气直接合成氨。
在Fe催化剂作用下的反应历程为(*表示吸附态):
化学吸附:N2(g)→2N* ;H2(g)→2H*;
表面反应:N*+H*⇌NH*;NH*+H*⇌NH2*;NH2*+H*⇌NH3*;
脱附:NH3*⇌NH3(g)
其中,N2的吸附分解反应活化能高、速率慢,决定了合成氨的整体反应速率。
请回答:
(1)已知合成氨反应中生成1 mol NH3放出46kJ热量,该反应的热化学方程式为______
(2)实际生产中,原料气中N2和H2物质的量之比为1:2.8。分析说明原料气中N2过量的理由________。
(3)关于合成氨工艺的下列理解,正确的是____________。
A.合成氨反应在不同温度下的ΔH和ΔS都小于零
B.控制温度远高于室温,是为了保证尽可能高的平衡转化率和快的反应速率
C.基于NH3有较强的分子间作用力可将其液化,不断将液氨移去,利于反应正向进行
D.原料中N2由分离空气得到,H2由天然气与水蒸气反应生成,原料气需要经过净化处理,以防止催化剂中毒和安全事故发生
(4)已知反应:N2(g)+H2(g)⇌NH3(g)标准平衡常数,其中为标准压强(1×105Pa),、和为各组分的平衡分压,如:=,p为平衡总压,为平衡系统中NH3的物质的量分数。
若N2和H2起始物质的量之比为1:3,反应在恒定温度和标准压强下进行,N2的平衡转化率为,则=_________(用含的最简式表示)。
(5)常温常压下电解法合成氨的原理如图所示:
①阴极生成氨的电极反应式为__________。
②阳极产物只有O2,电解时实际生成的NH3的总量远远小于由O2理论计算所得NH3的量,结合电极反应式解释原因:___________________。
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