Question

15．合成氨反應在工業(yè)生產中的大量運用，滿足了人口的急劇增長對糧食的需求，也為有機合成提供了足夠的原料-氨，合成氨反應是一個可逆反應．N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g），在298K時，△H=-92.2kJ•mol^-1，K=4.1×10⁶（mol•L^-1）^-2（1）從平衡常數(shù)來看，反應的限度已經很大了，為什么還需要使用催化劑？加快反應速率
（2）試分析實際工業(yè)生產中采取700K左右的溫度的原因700K時催化劑的活性最大，反應速率較快，且能獲得較適當?shù)霓D化率
（3）298K，1.01×10⁵Pa，在10L密閉容器中充人10mol氮氣、30mol氫氣和20mol氨氣，開始的瞬間，反應向正（填“正”或“逆”）方向進行，反應進行5min后體系能量的變化為放出（填“吸收”或“放出”）184.4kJ，容器內壓強變?yōu)樵瓉淼?\frac{14}{15}$倍．
（4）從開始至5min時，用N₂濃度變化表示該反應的平均速率為0.04mol/L•min．

Answer 1

分析 （1）從平衡常數(shù)來看，反應的限度已經很大，單反應速率小，經濟效益差，催化劑可以加快反應速率；
（2）催化劑具有選擇性，在不同的環(huán)境中催化劑的活性不同，在700K左右時活性最強，催化效果最好；
（3）計算濃度商和平衡常數(shù)比較判斷反應進行的方向，反應是放熱反應，結合能量變化計算反應生成的氨氣，結合化學反應三行計算列式計算氣體物質的量，相同條件下氣體物質的量之比等于氣體壓強之比；
（4）反應速率v=$\frac{△c}{△t}$；

解答 解：（1）反應的平衡常數(shù)K=4.1×10⁶（mol•L^-1）^-2 ，從平衡常數(shù)來看，反應的限度已經很大了，但反應速率很小，加入催化劑會加快反應速率，
故答案為：加快反應速率；
（2）催化劑具有選擇性，在不同的環(huán)境中催化劑的活性不同，在700K左右時活性最強，催化效果最好，這時可以獲得較快的反應速率，且轉化率也能獲得較較適當?shù)奶岣撸?br />故答案為：700K時催化劑的活性最大，反應速率較快，且能獲得較適當?shù)霓D化率；
（3）298K，1.01×10⁵Pa，在10L密閉容器中充人10mol氮氣、30mol氫氣和20mol氨氣，氣體濃度為1mol/L，3mol/L，2mol/L，開始的瞬間Qc=$\frac{{2}^{2}}{1×{3}^{3}}$=0.44＜K，反應正向進行，N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g），在298K時，△H=-92.2kJ•mol^-1，反應放熱184.4kJ，生成氨氣物質的量為4mol，則
              N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g），
起始量（mol）  10      30        20
變化量（mol）  2        6          4
5min量（mol）  8       24        24
容器內壓強變?yōu)樵瓉淼?$\frac{8+24+24}{10+30+20}$=$\frac{14}{15}$，
故答案為：正，放出，$\frac{14}{15}$；
（4）從開始至5min時，用N₂濃度變化表示該反應的平均速率=$\frac{\frac{2mol}{10L}}{5min}$=0.04mol/L•min，
故答案為：0.04mol/L•min

點評 本題考查了化學平衡影響因素，化學平衡的計算應用，反應速率、平衡常數(shù)計算等知識，掌握基礎是解題關鍵，題目難度中等．