Question

【題目】合成氨工業(yè)在國民生產(chǎn)中有重要意義。回答下列問題：

（1）在恒溫恒壓條件下，在裝置中發(fā)生合成氨的反應(yīng)N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ，下列說法正確的是（______）（填字母）

A.氣體體積不再變化，則已經(jīng)平衡

B.氣體密度不再變化，可能尚未達(dá)到平衡

C.平衡后，向裝置中通入氬氣，壓強(qiáng)不變，平衡不移動(dòng)

D.平衡后，壓縮體積，則生成更多的氨氣

E.催化劑可以提高生產(chǎn)氨氣的產(chǎn)率

（2）N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH = —92.0 kJ·mol－1，恒容時(shí)，體系中各物質(zhì)濃度隨時(shí)間變化曲線如圖1所示。

①25min時(shí)采取的措施是 _______________________________ 。

②三個(gè)時(shí)間段分別是改變一個(gè)條件引起的平衡移動(dòng)，平衡時(shí)平衡常數(shù)KⅠ、KⅡ、KⅢ的大小關(guān)系 __________________。

③在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中和①中措施的目的相同的其他措施還有 _____________________（寫兩條）

（3）①合成氨工藝生產(chǎn)中間環(huán)節(jié)產(chǎn)生的CO會(huì)導(dǎo)致催化劑中毒，常用銅液[醋酸二氨合銅（Ⅰ）、氨水]吸收，Cu(NH3)2Ac + CO + NH3 [Cu(NH3)3CO]Ac ΔH<0。簡述吸收CO及銅液再生的操作步驟（注明吸收和再生的條件）__________________________________________________________________________

②如果要提高上述反應(yīng)的反應(yīng)速率，且提高氨氣的轉(zhuǎn)化率，可采取的措施有（______）

a. 加壓 b.加催化劑 c.升溫 d.及時(shí)移走產(chǎn)物

（4）①用氨氣制取尿素[CO(NH2)2]的反應(yīng)為：2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(l)+H2O(g) ΔH<0。已知該反應(yīng)的v (正)=k(正)c2(NH3)c(CO2)，v (逆)=k(逆)c(H2O)，k(正)和k(逆)為速率常數(shù)，則平衡常數(shù)K與k(正)、k(逆)的關(guān)系式是__________________

②實(shí)際生產(chǎn)中，原料氣帶有水蒸氣，圖2表示CO2轉(zhuǎn)化率與氨碳比、水碳比的變化關(guān)系。

a. 曲線Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ對應(yīng)的水碳比最大的是_______________。

b.測得B點(diǎn)氨的轉(zhuǎn)化率為40%，則X1= _________________ 。

Answer 1

【答案】AD將N2從反應(yīng)體系中分離出去KⅢ >KⅠ=KⅡ高壓、原料氣循環(huán)利用低溫加壓下吸收CO，然后將銅洗液轉(zhuǎn)移至另一容器中，高溫低壓下釋放CO，然后將銅洗液循環(huán)利用aK=k(正)/k(逆)Ⅲ3

【解析】

(1)A.恒溫恒壓下，氣體摩爾體積相同，由于n=V/Vm，則氣體體積不再變化，就是氣體的總物質(zhì)的量不再變化，說明反應(yīng)已達(dá)平衡，故A正確；

B.氣體密度等于氣體質(zhì)量除以氣體總體積，根據(jù)質(zhì)量守恒定律可知?dú)怏w質(zhì)量始終不變，若氣體密度不再變化，則氣體總體積不變，即氣體的總物質(zhì)的量不變，說明反應(yīng)已達(dá)平衡，故B錯(cuò)誤；

C.平衡后充入稀有氣體，維持恒溫恒壓，必須增大容器容積，其實(shí)質(zhì)是減小壓強(qiáng)，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，故C錯(cuò)誤；

D.平衡后，壓縮裝置，縮小容器容積，其實(shí)質(zhì)是增大壓強(qiáng)，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，故D正確；

E.催化劑不能使平衡發(fā)生移動(dòng)，只能加快反應(yīng)速率，縮短到達(dá)平衡的時(shí)間，故不能提高生產(chǎn)氨氣的產(chǎn)率，故E錯(cuò)誤。

因此，本題正確答案是：AD；

(2)①25 min時(shí)氨氣的物質(zhì)的量迅速變?yōu)?/span>0，而氮?dú)狻�氫氣的物質(zhì)的量不變，之后氮?dú)狻�氫氣的物質(zhì)的量逐漸減小，氨氣的物質(zhì)的量逐漸增大，說明25 min時(shí)改變的條件是將NH3從反應(yīng)體系中分離出去；

②根據(jù)以上分析，25 min時(shí)改變的條件是將NH3從反應(yīng)體系中分離出去，45 min時(shí)改變的條件時(shí)，氮?dú)狻�氫氣和氨氣濃度都沒變，之后氮?dú)夂蜌錃鉁p小，氨氣增加，說明平衡正向移動(dòng)，平衡常數(shù)增大，是降低溫度的結(jié)果，由于平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，所以平衡常數(shù)KⅢ >KⅠ=KⅡ；

③在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中和①中措施的目的相同的其他措施還有高壓、原料氣循環(huán)利用等；

因此，本題正確答案是：將N2從反應(yīng)體系中分離出去；KⅢ >KⅠ=KⅡ；高壓、原料氣循環(huán)利用；

(3)①吸收CO后的乙酸銅氨溶液經(jīng)過適當(dāng)處理后又可再生，恢復(fù)其吸收CO的能力以供循環(huán)使用，依據(jù)Cu(NH3)2Ac + CO + NH3 [Cu(NH3)3CO]Ac ΔH<0，是氣體體積減小的放熱反應(yīng)，可知再生的適宜條件是高溫低壓；

②如果要提高上述反應(yīng)的反應(yīng)速率，且提高氨氣的轉(zhuǎn)化率，可采取的措施是加壓，故選a，

因此，本題正確答案是：低溫加壓下吸收CO，然后將銅洗液轉(zhuǎn)移至另一容器中，高溫低壓下釋放CO，然后將銅洗液循環(huán)利用；a；

(4)①2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(l)+H2O(g)，已知該反應(yīng)的v (正)=k(正)c2(NH3)c(CO2)，v (逆)=k(逆)c(H2O)，平衡時(shí)，v (正)= v (逆)，則k(正)c2(NH3)c(CO2)= k(逆)c(H2O)，k(正)/ k(逆)= c(H2O)/ c2(NH3)c(CO2)=K，

②a.氨碳比相同時(shí)曲線Ⅰ對應(yīng)二氧化碳的轉(zhuǎn)化率大，相應(yīng)的水碳比較小，所以曲線Ⅲ對應(yīng)的水碳比最大；

b.由題意可知：

2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(l)+H2O(g)

起始量 x1 1

變化量 2a a

即100%=40%，100%=60%，則x1=3。

因此，本題正確答案是：K=k(正)/k(逆) ；Ⅲ； 3。