Question

氨主要用于生产化肥和硝酸。“十三五”期间，预计我国合成氨产量将保持稳中略增。

(1)目前工业上用氮气和氢气合成氨的生产条件为________________________。

(2)如图是不同温度和不同压强下，反应达到平衡后，混合物中NH₃含量(体积%)的变化情况。已知初始时n(N₂)：n(H₂)=1：3。判断p₁、p₂的大小关系，并简述理由。  _____________________

(3)实验室在2L密闭容器中加入1mol氮气和3mol氢气模拟工业合成氨。若反应2min，气体的总物质的量减少了0.8mol，则2min内氨气的生成速率为____________。

(4)常见氮肥有氨水、氯化铵、硫酸铵、尿素等。常温下，c(NH₄⁺)相等的氨水、氯化铵、硫酸铵三种溶液，氨水、氯化铵、硫酸铵的浓度从大到小的关系为__________________。

(5)草木灰主要含有碳酸钾，解释草木灰不宜与铵态氮肥混合使用的原因__________。

Answer

催化剂：铁触媒，温度：400℃～500℃，压强：30MPa～50MPa p2>p1，在合成氨的反应中，其他条件不变，压强越大NH3的含量越高 0.2mol/(L·min） 氨水>氯化铵>硫酸铵 铵根离子和碳酸根离子相互促进水解，会降低N元素的利用率，因此两者不能混合使用。

【解析】

(1)合成氨为气体体积缩小的放热反应，需要在高温、高压、催化剂条件下进行；

(2)根据图象可知，压强相同时，升高温度后氨气的含量减小，据此判断合成氨的反应热；温度相同时，压强越大平衡向着正向移动，氨气的含量越大，据此判断压强大小；

(3)用差量方法计算反应产生的氨气的物质的量，然后根据速率定义式计算v(NH3)；

(4)氨水中是一水合氨为弱碱，其电离程度较小，其它两种物质都是铵盐，铵根离子的水解程度较小，则三种溶液浓度相同时，氨水中铵根离子浓度最小，据此可判断c(NH4+)相同时三种溶液的浓度大小。

(5)草木灰的水溶液呈碱性，而硝酸铵能够和碱性物质反应生成气体，所以不能混合使用.

(1)合成氨的反应为N2(g)+3H2(g)2NH3(g)，该反应的正反应是气体体积减小的放热反应，由于N2分子中N≡N三键的键能很大，所以反应要在高温下进行，但温度太高，化学平衡逆向移动，对氨的合成不利，鉴于在400℃～500℃时催化剂铁触媒的催化活性最大，所以一般采用温度：400℃～500℃，用铁触媒作催化剂，最增大压强既可以提高反应速率，同时又可以提高氨气的平衡含量，一般采用较高的压强，考虑到产生动力需消耗较高的能量，同时对设备采用提出的较高的要求，一般是采用压强：30MPa～50MPa；

(2)合成氨为气体体积缩小的反应，压强越大氨气的含量越高，根据图象可知，温度相同时p2条件下氨气的含量较高，则pl、p2压强的大小关系为p2>pl；

(3)根据方程式N2(g)+3H2(g)2NH3(g)可知：每反应消耗4体积的气体，会产生2体积的NH3，由反应前到反应后，气体体积减小2体积，根据n=可知气体的体积比等于气体的物质的量的比，所以在2L密闭容器中加入1mol氮气和3mol氢气模拟工业合成氨。若反应2min，气体的总物质的量减少了0.8mol，则反应产生NH3的物质的量是0.8mol，则2min内氨气的生成速率v(NH3)==0.2 mol/(L·min）。

(4)氨水中的一水合氨是弱电解质，其电离程度较小；NH4Cl、(NH4)2SO4都是铵盐，铵根离子的水解程度较小，根据盐中含有的NH4+的数目关系，则四种溶液浓度相同时，氨水中 c(NH4+)最小，(NH4)2SO4的最大，则c(NH4+)相等的氨水、氯化铵、硫酸铵三种溶液，氨水、氯化铵、硫酸铵的浓度从大到小的关系为氨水>氯化铵>硫酸铵；

(5)草木灰主要含有碳酸钾，该盐是强碱弱酸盐，CO32-水解，使溶液显碱性；铵态氮肥属于强酸弱碱盐，NH4+水解产生NH3·H2O，使溶液显酸性，若将两种盐溶液混合，由于碳酸根和铵根在一定条件发生双水解，生成二氧化碳和氨气，降低氮的含量，使肥效降低，所以草木灰不宜与铵态氮肥混合使用。