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合成氨是人类科学技术上的一项重大突破,其反应原理为

N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-92.4 kJ·mol-1。

一种工业合成氨的简式流程图如下:

(1)天然气中的H2S杂质常用氨水吸收,产物为NH4HS。一定条件下向NH4HS溶液中通入空气,得到单质硫并使吸收液再生,写出再生反应的化学方程式:________________________________________________________________________。

(2)步骤Ⅱ中制氢气的原理如下:

①CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)

ΔH=+206.4  kJ·mol-1

②CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)

ΔH=-41.2 kJ·mol-1

对于反应①,一定可以提高平衡体系中H2的百分含量,又能加快反应速率的措施是____________。

a.升高温度 b.增大水蒸气浓度 c.加入催化剂 d.降低压强

利用反应②,将CO进一步转化,可提高H2的产量。若1 mol CO和H2的混合气体(CO的体积分数为20%)与H2O反应,得到1.18 mol CO、CO2和H2的混合气体,则CO的转化率为____________。

(3)图(a)表示500 ℃、60.0 MPa条件下,原料气投料比与平衡时NH3体积分数的关系。根据图中a点数据计算N2的平衡体积分数:____________。

(4)依据温度对合成氨反应的影响,在图(b)坐标系中,画出一定条件下的密闭容器内,从通入原料气开始,随温度不断升高,NH3物质的量变化的曲线示意图。

 

(a)         (b)

(5)上述流程图中,使合成氨放出的能量得到充分利用的主要步骤是(填序号)________。简述本流程中提高合成氨原料总转化率的方法:________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。


(1)2NH4HS+O22NH3·H2O+2S↓

(2)a 90%

(3)14.5%

(4)

(5)Ⅳ 对原料气加压;分离液氨后,未反应的N2、H2循环使用

[解析] (1)由题意可知为空气中的O2将负二价硫氧化为硫单质,根据电子守恒将方程式配平即可。(2)反应①为气体物质的量增大的吸热反应,降低压强使平衡右移,但反应速率减小,d错;催化剂不能改变反应限度,即不能改变H2的百分含量,c错;增大水蒸气浓度虽可使反应速率增大以及平衡右移,但产物H2的百分含量却减小,b错;升高温度反应速率增大,且平衡正向移动,H2的百分含量增大,a对。CO与H2的混合气体与水蒸气的反应中,反应体系中的气体的物质的量不变,而1 molCO与H2的混合气体参加反应生成1.18 mol混合气,说明有0.18 mol 水蒸气参加反应,则根据方程式②可知参加反应的CO也为0.18 mol,则其转化率为×100%=90%。

(3)由图中看出当N2与H2物质的量比为1∶3时,NH3的平衡体积分数最大,为42%。设平衡时转化的N2的物质的量为x mol,由三段式:

     N2+3H22NH3

起始(mol):  1  3  0

转化(mol):  x  3x  2x

平衡(mol):  1-x  3- 3x  2x

×100%=42%,则x=0.59

则平衡时N2的体积分数为×100%=14.5%。(4)作图时要注意开始时NH3物质的量不断增多,是因为反应正向进行(反应未达平衡),达到一定程度后反应达到平衡而此时温度继续升高,平衡逆向移动,NH3的物质的量减小。(5)热交换器可以使需要加热的物质得到加热,还可以使需要冷却的物质得到冷却,能充分利用能量。合成氨反应为气体物质的量减小的反应,加压利于反应正向进行;此外,循环利用可反复利用原料,提高原料利用率。


练习册系列答案
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科目:高中化学 来源: 题型:


向盛有NaHSO4溶液的烧杯中不断滴Ba(OH)2溶液,随着Ba(OH)2溶液的不断滴入,溶液中产生的沉淀量与pH变化情况正确的是  

 

 


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科目:高中化学 来源: 题型:


下列关于物质分类的说法正确的是(  )

A.金刚石、白磷都属于单质

B.漂白粉、石英都属于纯净物

C.氯化铵、次氯酸都属于强电解质

D.葡萄糖、蛋白质都属于高分子化合物

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科目:高中化学 来源: 题型:


元素单质及其化合物有广泛用途,请根据周期表中第三周期元素相关知识回答下列问题:

(1)按原子序数递增的顺序(稀有气体除外),以下说法正确的是________。

a.原子半径和离子半径均减小

b.金属性减弱,非金属性增强

c.氧化物对应的水化物碱性减弱,酸性增强

d.单质的熔点降低

(2)原子最外层电子数与次外层电子数相同的元素名称为________,氧化性最弱的简单阳离子是________。

(3)已知:

 化合物

MgO

Al2O3

MgCl2

AlCl3

类型

离子化合物

离子化合物

离子化合物

共价化合物

熔点/℃

2800

2050

714

191

工业制镁时,电解MgCl2而不电解MgO的原因是__________________________________;

制铝时,电解Al2O3而不电解AlCl3的原因是______________________________。

(4)晶体硅(熔点1410 ℃)是良好的半导体材料。由粗硅制纯硅过程如下:

Si(粗)SiCl4SiCl4(纯)Si(纯)

写出SiCl4的电子式:________________;在上述由SiCl4制纯硅的反应中,测得每生成1.12 kg纯硅需吸收a kJ热量,写出该反应的热化学方程式:________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(5)P2O5是非氧化性干燥剂,下列气体不能用浓硫酸干燥,可用P2O5干燥的是________。

a.NH3   b.HI  c.SO2  d.CO2

(6)KClO3可用于实验室制O2,若不加催化剂,400 ℃时分解只生成两种盐,其中一种是无氧酸盐,另一种盐的阴阳离子个数比为1∶1。写出该反应的化学方程式:________________________________________________________________________。

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科目:高中化学 来源: 题型:


焦亚硫酸钠(Na2S2O5)是常用的食品抗氧化剂之一。某研究小组进行如下实验:

实验一 焦亚硫酸钠的制取

采用如图装置(实验前已除尽装置内的空气)制取Na2S2O5。装置Ⅱ中有Na2S2O5晶体析出,发生的反应为Na2SO3+SO2===Na2S2O5。

(1)装置Ⅰ中产生气体的化学方程式为______________________________________。

(2)要从装置Ⅱ中获得已析出的晶体,可采取的分离方法是______。

(3)装置Ⅲ用于处理尾气,可选用的最合理装置(夹持仪器已略去)为________(填序号)。

实验二 焦亚硫酸钠的性质

Na2S2O5溶于水即生成NaHSO3。

(4)证明NaHSO3溶液中HSO的电离程度大于水解程度,可采用的实验方法是________(填序号)。

a.测定溶液的pH  b.加入Ba(OH)2溶液

c.加入盐酸  d.加入品红溶液

e.用蓝色石蕊试纸检测

(5)检测Na2S2O5晶体在空气中已被氧化的实验方案是

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

实验三 葡萄酒中抗氧化剂残留量的测定

(6)葡萄酒常用Na2S2O5作抗氧化剂。测定某葡萄酒中抗氧化剂的残留量(以游离SO2计算)的方案如下:

 (已知:滴定时反应的化学方程式为SO2+I2+2H2O===H2SO4+2HI)

①按上述方案实验,消耗标准I2溶液25.00 mL,该次实验测得样品中抗氧化剂的残留量(以游离SO2计算)为________g·L-1。

②在上述实验过程中,若有部分HI被空气氧化,则测定结果________(填“偏高”“偏低”或“不变”)。

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等质量的下列物质与足量稀硝酸反应,放出NO物质的量最多的是(  )

A.FeO  B.Fe2O3  C. FeSO4  D.Fe3O4

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 某小组以CoCl2·6H2O、NH4Cl、H2O2、浓氨水为原料,在活性炭催化下,合成了橙黄色晶体X。为确定其组成,进行如下实验 。

①氨的测定:精确称取w g X,加适量水溶解,注入如图所示的三颈瓶中,然后逐滴加入足量10%NaOH溶液,通入水蒸气,将样品液中的氨全部蒸出,用V1 mL cl mol·L-1的盐酸标准溶液吸收。蒸氨结束后取下接收瓶,用c2 mol·L-1NaOH标准溶液滴定过剩的HCl,到终点时消耗V2 mL NaOH溶液。

氨的测定装置(已省略加热和夹持装置)

 ②氯的测定:准确称取样品X,配成溶液后用AgNO3标准溶液滴定,K2CrO4溶液为指示剂,至出现淡红色沉淀不再消失为终点(Ag2CrO4为砖红色)。

  回答下列问题:

  (1)装置中安全管的作用原理是__________________________________________。

  (2)用NaOH标准溶液滴定过剩的HCl时,应使用________式滴定管,可使用的指示剂为________。

    (3)样品中氨的质量分数表达式为________。

    (4)测定氨前应该对装置进行气密性检验,若气密性不好测定结果将________(填“偏高”或“偏低”)。

    (5)测定氯的过程中,使用棕色滴定管的原因是____________________;滴定终点时,若溶液中c(Ag+)=2.0×10-5 mol·L-1,c(CrO)为________mol·L-1。[已知:Ksp(Ag2CrO4)=1.12×10-12]

    (6)经测定,样品X中钴、氨和氯的物质的量之比为1∶6∶3,钴的化合价为________,制备X的化学方程式为______________________________________;X的制备过程中温度不能过高的原因是________。

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A、B、C、D均为中学化学常见的纯净物,A是单质。它们之间有如下的反应关系:

图G5­2

(1)若A是淡黄色固体,C、D是氧化物,C是造成酸雨的主要物质,但C也有其广泛的用途,写出其中的2个用途:__________________________。

(2)若B是气态氢化物,C、D是氧化物且会造成光化学烟雾污染。B与C在一定条件下反应生成的A是大气的主要成分,写出该反应的化学方程式:

__________________________________。

(3)若D物质具有两性,②、③反应均要用强碱溶液,④反应时通入过量的一种引起温室效应的主要气体。判断单质A的元素在周期表中的位置:__________________。

(4)若A是太阳能电池用的光伏材料。C、D为钠盐,两种物质中钠、氧外的元素为同一主族,且溶液均显碱性。写出②反应的化学方程式:________________________________________________________________________。

D的化学式是______。

(5)若A是应用最广泛的金属。④反应用到A,②、⑤反应均用到同一种非金属单质。C的溶液用于蚀刻印刷铜电路板,写出该反应的离子方程式:________________________________________________________________________。

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硝基苯甲酸乙酯在OH-存在下发生水解反应:

O2NC6H4COOC2H5+OH-O2NC6H4COO-+C2H5OH

两种反应物的初始浓度均为0.050 mol·L-1,15 ℃时测得O2NC6H4COOC2H5的转化率α随时间变化的数据如表所示。回答下列问题:

t/s

0

120

180

240

330

530

600

700

800

α/%

0

33.0

41.8

48.8

58.0

69.0

70.4

71.0

71.0

(1)列式计算该反应在120~180 s与180~240 s 区间的平均反应速率________、________;比较两者大小可得出的结论是____________________。

(2)列式计算15 ℃时该反应的平衡常数________。

(3)为提高O2NC6H4COOC2H5的平衡转化率,除可适当控制反应温度外,还可采取的措施有________(要求写出两条)。

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