Question

在實驗室進行工業(yè)合成氨的模擬實驗：

N₂(g)+3H₂(g)2NH₃(g);ΔH＜0

當反應達到平衡后，分離出氨，并補充氮氣、氫氣物質的量之比與起始時相同的原料氣，以實現(xiàn)連續(xù)的生產(chǎn)，各組分物質的量和時間的關系見下圖。

（1）起始時刻氮氣與氫氣的物質的量之比n(N₂)∶n(H₂)=___________。反應開始至15 min時第一次達到平衡，容器體積為1 L，這段時間內，以NH₃的濃度變化表示的平均反應速率是___________。

（2）寫出代表H₂的曲線在下列時刻的坐標：

t₁補充原料氣之后：（_________，_________），t₂處于平衡態(tài)時：（_________，_________）。

在圖上畫出t₁—t₂間的曲線。

（3）第一次達平衡時H₂的轉化率是___________。以t₁補充原料氣之后為起始狀態(tài)，第二次達平衡時H₂的轉化率是___________。

以這樣的氮氣和氫氣的物質的量之比補充原料氣，經(jīng)濟上是否合算？___________。

Answer 1

（1）1∶3、3  0.013 3 mol/(L·min)

（2）25  3.33  50  3.03  如下圖

（3）9.09%  9.01%  不合算

解析：對第（2）問，第一次達平衡時，n(H₂)=3.00 mol,n(N₂)=1.00-0.10=0.90 mol，t₁補充原料，N₂需補充0.01 mol,則H₂需補充為0.10×3.3=0.33 mol，故t₁時刻補充原料氣后的坐標為（25,3.33），H₂的轉化率為×100%=9.09%；t₁—t₂間，生成NH₃為0.20 mol，則消耗H₂為0.30 mol,剩余為3.33-0.30=3.03 mol，故t₂處于平衡態(tài)時的坐標為（50,3.03），第二次達到平衡時H₂的轉化率為×100%=9.01%，對兩次H₂的轉化率研究發(fā)現(xiàn)，若按此法連續(xù)生產(chǎn)NH₃，轉化率逐漸降低，NH₃的產(chǎn)量也逐漸降，故不合算。