Question

如图是工业生产硝酸铵的流程示意图．

（1）吸收塔C中通入过量空气的目的是______．A、B、C、D四个容器中的反应，属于氧化还原反应的是______（填字母）．
（2）已知：4NH₃（g）+3O₂（g）═2N₂（g）+6H₂O（g），△H=-1266.8kJ/mol；
N₂（g）+O₂（g）═2NO（g），△H=+180.5kJ/mol
据此写出氨高温催化氧化的热化学方程式：______．
若上述催化氧化过程转移了5mol电子，则反应的能量变化为______kJ．
（3）在化工研究中，经常要判断反应能否自发进行，若某反应的△H＜0，则该反应是否一定能自发进行？______（填“一定”或“不一定”）
（4）已知：N₂（g）+3H₂（g）⇌2NH₃（g），△H=-92kJ/mol．为提高氢气的转化率，宜采取的措施有______（填字母）．
A．适当升高温度  
B．使用更有效的催化剂  
C．增大压强  
D．循环利用和不断补充氮气    
E．及时分离出氨气
（5）在一定温度和压强下，将H₂和N₂按3：1的体积比在密闭容器中混合，当反应达到平衡时，测得平衡混合气中NH₃的体积分数为20.0%，此时H₂的转化率为______（计算结果保留一位小数）．

Answer

本题中涉及的化学反应有：①N2+3H2⇌2NH3②4NH3+5O24NO+6H2O③2NO+O2═2NO2④3NO2+H2O═2HNO3+NO⑤4NO2+O2+H2O═4HNO3⑥NH3+HNO3═NH4NO3
（1）吸收塔中涉及的反应有：2NO+O2═2NO2；3NO2+H2O═2HNO3+NO；4NO2+O2+H2O═4HNO3；为使NO充分氧化而生成硝酸，应通入过量空气；根据反应中各物质的组成元素的化合价是否发生变化来判断是否发生氧化还原反应；
（2）已知：①4NH3（g）+3O2（g）═2N2（g）+6H2O（g），△H=-1266.8kJ/mol
②N2（g）+O2（g）═2NO（g），△H=+180.5kJ/mol，利用盖斯定律可求知反应热；根据电子转移的物质的量计算反应中消耗反应物的物质的量，依次计算反应热；
（3）反应能否自发进行取决于△H-T•△S＜0（其中△H为反应热，T为温度，△S为熵变）；
（4）为提高某一反应物的转化率，应使平衡向正反应方向移动；
（5）根据阿伏加德罗定律结合化学方程式，用三段式计算法计算．
【解析】
（1）吸收塔中涉及的反应有：2NO+O2═2NO2；3NO2+H2O═2HNO3+NO；4NO2+O2+H2O═4HNO3；为使NO充分氧化而生成硝酸，应通入过量空气；题中涉及的化学反应有：①N2+3H2⇌2NH3②4NH3+5O24NO+6H2O③2NO+O2═2NO2④3NO2+H2O═2HNO3+NO⑤4NO2+O2+H2O═4HNO3⑥NH3+HNO3═NH4NO3，其中①②③④⑤属于氧化还原反应，故答案为：使NO充分氧化（或者“提高NO的转化率”）； A B C；
（2）已知：①4NH3（g）+3O2（g）═2N2（g）+6H2O（g），△H=-1266.8kJ/mol
②N2（g）+O2（g）═2NO（g），△H=+180.5kJ/mol，
利用盖斯定律①-2×②可得：4NH3（g）+5O2（g）4NO（g）+6H2O（g），△H=-905.8KJ/mol；根据反应：
4NH3（g）+5O2（g）4NO（g）+6H2O（g），△H=-905.8KJ/mol；  转移的电子的物质的量
                                               905.8KJ                20mol
                                                 Q                     5mol
Q==226.45KJ，
故答案为：4NH3（g）+5O2（g）4NO（g）+6H2O（g），△H=-905.8KJ/mol； 226.45；
（3）反应能否自发进行取决于反应中的焓变和熵变以及反应温度的关系，即△H-T•△S＜0（其中△H为反应热，T为温度，△S为熵变），所以某反应的△H＜0，该反应不一定能自发进行，故答案为：不一定；    
（4）为提高氢气的转化率，应是反应向正反应方向移动，本题中可采取的措施有：增大压强、循环利用和不断补充氮气、及时分离出氨气；故答案为：C D E； 
（5）设反应起始时H2和N2的物质的量分别为3mol和1mol，平衡时转化了xmolN2，
       N2 +3H2 ⇌2NH3
起始  1mol   3mol           0
转化   x      3x            2x
平衡   1-x    3-3x          2x
根据题意知：=20.0%，则x=，所以此时H2的转化率为33.3%，故答案为：33.3%