Question

【題目】氮的固定以及利用氨合成其他含氮化合物是幾百年來科學家一直研究的課題。

(1)下表列舉了不同溫度下大氣固氮和工業固氮的部分K值。

反應	大氣固氮 N2(g)＋O2(g)2NO(g)		工業固氮 N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ·mol－1
溫度/℃	27	2 000	25	400	450
K	3.8×10－31	0.1	5×108	0.507	0.152

①分析數據可知：大氣固氮反應屬于____________(填“吸熱”或“放熱”)反應。

②分析數據可知：人類不適合大規模模擬大氣固氮的原因______________________________________。

③在500 ℃、2.02×107 Pa和鐵催化條件下向一密閉容器中充入1 mol N2和3 mol H2，充分反應后，放出的熱量________(填“大于”、“小于”或“等于”)92.4 kJ。

(2)工業固氮反應中，在其他條件相同時，分別測定N2的平衡轉化率在不同壓強(p1、p2)下隨溫度變化的曲線，如圖所示的圖示中，正確的是___________(填“A”或“B”)；比較p1、p2的大小關系：___________。

(3)在一定溫度下，將1 mol N2和3 mol H2混合置于體積不變的密閉容器中發生工業合成氨反應，達到平衡狀態時，測得氣體總物質的量為2.8 mol。

①達平衡時，H2的轉化率α1＝_____________。

②已知平衡時，容器壓強為8MPa，則平衡常數Kp＝_________________。(用平衡分壓代替平衡濃度計算，分壓＝總壓×物質的量分數)。

③為提高H2的轉化率，實際生產中宜采取的措施有______________(填字母)。

A．降低溫度 B．最適合催化劑活性的適當高溫 C．適當增大壓強

D．減小壓強 E．循環利用和不斷補充氮氣 F．及時移出氨

Answer 1

【答案】吸熱 K值小，正向進行的程度小(或轉化率低)，不適合大規模生產 小于 A p2>p1 60% 49/192(MPa)2 CEF

【解析】

（1）①溫度越高，K越大，說明升高溫度，平衡正移；

②K值很小，轉化率很小；

③熱化學反應中指完全轉化的熱效應，而可逆反應不能完全轉化；

（2）合成氨反應為放熱反應，升高溫度，轉化率減小；增大壓強平衡正向移動，轉化率增大；

（3）①根據平衡三段式法列式計算；

②根據平衡時各物質的壓強之比等于其物質的量之比計算；

③根據化學平衡移動原理分析。

（1）①由表格數據可知，溫度越高，K越大，說明升高溫度，平衡正移，則正反應方向為吸熱反應，故答案為：吸熱；

②由表格數據可知，當溫度升高到2000℃時，K=0.1，K值很小，則轉化率很小，不適合大規模生產，所以人類不適合大規模模擬大氣固氮，故答案為：K值小，正向進行的程度小（或轉化率低），不適合大規模生產；

③熱化學反應中指完全轉化的熱效應，而可逆反應不能完全轉化，則向一密閉容器中充入1molN2和3molH2，充分反應后，放出的熱量小于92.4kJ；

（2）合成氨反應為放熱反應，升高溫度，轉化率減小，所以圖A正確，B錯誤；該反應正方向為體積減小的方向，增大壓強平衡正向移動，轉化率增大，р2的轉化率大，則р2大；故答案為：A；р2＞р1；

（3）①設參加反應的氮氣物質的量為xmol，

該反應中N2（g）+3H2（g）2NH3（g）

起始（mol）1 3 0

變化（mol） x 3x 2x

平衡（mol） 1-x 3-3x 2x

列式可得：（1-x）+（3-3x）+2x=2.8，x=0.6，

則氮氣轉化率=×100%=60%，當加入反應物的物質的量之比等于其計量數之比時，反應物的轉化率相等，所以氫氣的轉化率也是60%；

②平衡時各物質的壓強之比等于其物質的量之比，所以P（N2）=×8MPa=MPa，

P（H2）=×8MPa=MPa，

P（NH3）=×8MPa=MPa，

化學平衡常數Kp===(MPa)2=0.26(MPa)2；

③因增大反應物的濃度，減少生成物的濃度，增大壓強，降低溫度工業合成氨反應向正反應方向移動，氫氣的轉化率提高，但在實際生產中不能用低溫，因為溫度低化學反應速率慢，故答案為：CEF。