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

问题问答题

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：

化学键	N≡N	H-O	N-H	O=O
键能/kJ•mol^-1	945	463	391	498

（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）：

T/℃	30	40	50
生成NH₃量/（10^-6mo1/L）	4.8	5.9	6.0

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（NH₄）₂SO₄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______．

答案

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+3H₂O

2NH₃+

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）=

△c

△t

6.0×10-6mol/l

=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（CO₃^2-），促使CaSO₄转化为CaCO₃，同时生成（NH₄）₂SO₄，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（CO₃^2-），促使CaSO₄转化为CaCO₃，同时生成（NH₄）₂SO₄；

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）．