利用生物燃料电池原理研究氨的合成(氨 燃料电池)

德国科学家哈伯是如何认识到合成氨的原理？

德国科学家哈伯及其学生在两万多次实验中逐渐认识到合成氨的原理。理论计算表明，氢、氮在200个大气压和600℃的条件下反应，氨的生成率为8％，哈伯意识到合成氨不可能实现硫酸生产中的高转化率。他们采用使反应气体在高压下循环加工，配以适当催化剂，在循环过程中不断分离氨的方法，最终以锇作催化剂在175～200个大气压下和500～600℃时，合成了6％以上的氨，1909年7月2日，成功建立了每小时产80克氨的实验装置，合成氨取得了重大突破。哈伯因此获1931年度诺贝尔化学奖。

氨气作为一种重要的化工原料，主要用于生产氮肥、硝酸、纯碱、尿素等化工产品．下图是合成氨，并联合生产

（1）氮气和氢气在合成塔中反应生成氨气；根据反应NaCl+NH3+CO2+H2O═NaHCO3↓+NH4Cl，可知副产物B为NH4Cl，故答案为：合成塔；NH4Cl；

（2）由于氨易液化，反应后通过把混合气体的温度至少降低到-33℃，分离出氨气，通过N2、H2的循环使用，大大提高了氨的产率，故答案为：-33；H2、N2；

（3）根据质量守恒，可知氨气和二氧化碳反应生成尿素和水，反应的化学方程式为2NH3+CO2═+H2O，故答案为：2NH3+CO2═+H2O；

（4）根据质量守恒，可知氨气、二氧化碳、NaCl和水反应生成小苏打和氯化铵，故③和④中的总反应过程为NaCl+NH3+CO2+H2O═NaHCO3↓+NH4Cl，

故答案为：NaCl+NH3+CO2+H2O═NaHCO3↓+NH4Cl；

（5）氨是燃料电池的负极，在碱性条件下，氨气与氢氧根反应生成氮气和水，氨气中氮的化合价由-3价升高到0价，2mol氨气失去6mol电子，电极反应式为2NH3+6OH--6e-═6H2O+N2，故答案为：2NH3+6OH--6e-═6H2O+N2．

氨是一种重要的化工原料，氨的合成和应用时当前的重要研究内容之一．（1）一定条件下，在一个密闭的容器

（1）一定条件下，在一个密闭的容器中充入气体：N2 2mol、H2 6mol，达到平衡后N2的转化率为50%，同时放热92.3kJ，说明反应1mol氮气放热92.3KJ，

①1mol氮气完全反应放热92.3kJ，反应的热化学方程式为：N2（g）+3H2（g）=2NH3（g）△H=-92.3kJ/mol，

故答案为：N2（g）+3H2（g）=2NH3（g）△H=-92.3kJ/mol；

②N2（g）+3H2（g）=2NH3（g）△H=-92.3kJ/mol，反应是放热反应，升温平衡逆向进行，平衡常数减小；

故答案为：减小；

③当反应达到平衡时，它们的浓度分别为0.1mol/L、0.3mol/L、0.08mol/L，

N2（g）+3H2（g）=2NH3（g）

0.1     0.3       0.08

0.14    0.42      0

0       0         0.28

A．当H2与NH3生成速率为3：2时，说明对氢气或氨气正逆反应速率相同，反应一定达到平衡状态，故A正确；

B．氮气和氢气平衡浓度之比为1；3，所以起始浓度一定按照1：3，所以H2与N2的转化率一定相等，故B正确；

C．如果c1一定等于0.14mol/L，那么反应应该是正向进行，而题中已知反应不一定是正方向进行，答案给的0.14是按照如果NH3的起始量为零的情况下正方向进行才会是0.14，因为转化量之比等于系数比，又由题知起始量不为零，故C错误；

D．按照极限法来算，如果正反应方向进行的，生成0.08mol，那么极限值NH3的起始量为零，如果逆反应方向进行那么生成0.1mol的N2和0.3mol的H2那么极限值的NH3起始量为0.28，又由题中条件告诉起始量不为零所以氨气的起始量应该介于0-0.28之间，c3的取值范围为0＜c3＜0.28mol/L，故D正确；

E．使用催化剂改变反应速率不改变化学平衡，所以不可以提高氨气的转化率，故E错误；

故答案为：CE；

（2）利用反应8NH3+6NO2?7N2+12H2O可处理大气污染气体NO2，转移24mol电子消耗二氧化氮6mol，当转移1.2mol电子时，消耗的NO2物质的量为0.3mol，标况下的体积为0.3mol×22.4L/mol=6.72L，

故答案为：6.72L；

（3）氨气为碱性气体，易与酸反应，所以电解质溶液应呈碱性，负极发生氧化反应，氨气被氧化生产氮气，电极反应式为2NH3-6e-+6OH-=N2+6H2O，

故答案为：负极；2NH3-6e-+6OH-=N2+6H2O；

（4）电解后溶液中c（Fe3+）=2.0×10-13mol/L，则溶液中c3（OH-）=

4×10?38

2×10?13

mol/L=2×10-25mol/L，故溶液中c（Cr3+）=

6×10?31

2×10?25

mol/L=3×10-6mol/L，

故答案为：3×10-6．

将氢气和氮气进行合成氨在酸性溶液中燃料电池正极和负极

负极：3H₂-6e⁻→6H⁺

正极：N₂+6e⁻+8H+→2NH₄⁺

氢气在空气里燃烧，实际上是氢气跟空气里的氧气发生了化合反应，生成了水并放出大量的热。刚点燃时，氢气在小孔处安静地燃烧，过一小会儿，突然听到“砰”的一声响，爆炸的气浪把纸筒顶部高高炸起。

扩展资料：

与电源的负极相连的电极成为阴极。物质在阴极上得到电子，发生还原反应。氨气在空气中很难燃烧，但在纯氧中可以燃烧生成氮气：4NH₃+3O₂=2N₂↑+6H₂O。

常温下氮气难以与氧气反应，但在放电或者高温的条件下，可以与氧气反应：N₂+O₂=2NO。闪电能够使空气里的氮气转化为一氧化氮，是一种自然固氮。

氨是重要的化工产品之一，研究合成氨反应具有重要意义．σ（1）已知断裂下列化学键需要吸收的能量分别为

（1）在反应N2+3H2?2NH3中，断裂3molH-H键，1mol N≡N键共吸收的能量为：3×436kJ+946kJ=2254kJ，生成2mol NH3，共形成6mol N-H键，放出的能量为：6×390.8kJ=2344.8kJ，吸收的能量少，放出的能量多，该反应为放热反应，放出的热量为：2344.8kJ-2254kJ=90.8kJ，

故答案为：N2（g）+3H2（g）?2NH3（g）△H=-90.8kJ?mol-1；

（2）①t1时刻改变的条件后正逆反应速率都增大，逆反应速率大于正反应速率，平衡逆移，所以改变条件为升高温度，

故答案为：升高温度；

②t2恒压充入氦气，体积膨胀，各反应物质浓度减小，参加反应的气体所占分压减小，平衡向体积增大方向移动，正逆反应速率都减小，画出图象为：；

故答案为：；

（3）①A为恒容容器反应到达平衡是容器内压强减小，C为恒压容器，容器内压强不变，所以C容器内的压强大于A的，压强增大平衡正移氨气的浓度增大，所以C容器内氨气浓度大，

故答案为：＜；

②因体积相同，将乙中的量极限转化后为甲中的2倍，则压强大于甲中的压强，增大压强向生成氨气的方向移动，所以减小了氨气的转化率，所以α（A）+α（B）＜1，

故答案为：＜；

③N2 （g）+3H2（g）?2NH3（g）

起始（mol）   1        3        0

反应（mol）   x        3x       2x

平衡（mol）   1-x     3-3x      2x      

达到平衡时，若容器C的体积是起始时的

3

4

，

则

1?x + 3?3x + 2x      

1+3

=

3

4

，

解得x=0.5，

所以平衡是氢气为3-3x=1.5mol，

容器内气体总物质的量为3mol，

所以平衡时容器C中H2的体积分数为

1.5

3

×100%=50%，

故答案为：50%；

（4）燃料电池中，负极是燃料发生失电子的氧化反应，所以氨作为燃料电池燃气时，负极上是氨气失电子的过程，即2NH3-6e-+6OH-═N2+6H2O，

故答案为：2NH3-6e-+6OH-═N2+6H2O．

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