Question

工業(yè)上合成氨的化學(xué)反應(yīng)：N₂（g）+3H₂（g）═2NH₃（g）△H=-92.4kJ/mol△S=-98.3J/（mol?K），在容積為10L的密閉容器中，通入4mol N₂和12mol H₂，在一定條件下進行反應(yīng)，4s后達到平衡狀態(tài)，此時N₂的濃度為0.2mol/L．試通過計算回答下列問題：
（1）溫度為500K時，該反應(yīng)

 

（填“能”或“不能”自發(fā)進行）；
（2）該條件下N₂的最大轉(zhuǎn)化率為

 

，此時混合氣體中NH₃的體積分數(shù)是

 

，若起始時通入1.5mol N₂和4.5mol H₂，要保持平衡時各組分的體積分數(shù)不變，需要通入HN₃

 

mol；
（3）已知50MPa、400℃時，該反應(yīng)的平衡常數(shù)為K₁，20MPa、500℃時，該反應(yīng)的平衡常數(shù)為K₂，則K₁

 

K₂（填“＞”“＜”或“=”）；
（4）從溫度和壓強的角度回答：要加快合成氨的反應(yīng)速率應(yīng)選擇

 

，要提高氨的產(chǎn)率應(yīng)選擇

 

．

Answer 1

考點：化學(xué)平衡的影響因素,等效平衡,化學(xué)平衡的計算

專題：化學(xué)平衡專題

分析：（1）△G=△H-T△S＜0時，反應(yīng)能夠自發(fā)進行，據(jù)此分析；
（2）根據(jù)n=cV計算出達到平衡時氮氣的物質(zhì)的量，然后根據(jù)差量法計算出達到平衡時生成氨氣的物質(zhì)的量及平衡時氣體減少的量，然后分別計算出氮氣的轉(zhuǎn)化率、混合氣體中氨氣的體積分數(shù)；根據(jù)等效平衡知識判斷還需要加入氨氣的物質(zhì)的量；
（3）該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，正反應(yīng)為氣體體積縮小的反應(yīng)，據(jù)此判斷K₁、K₂的大��；
（4）根據(jù)溫度、壓強對反應(yīng)速率、化學(xué)平衡的影響進行解答．

解答： 解：（1）△G=△H-T△S=-92.4×1000J/mol-[-98.3J/（mol?K）]×500K=-43250kJ/mol＜0，所以該反應(yīng)能夠自發(fā)進行，
故答案為：能；
（2）達到平衡時N₂的濃度為0.2mol/L，平衡時氮氣的物質(zhì)的量為：n（N₂）=0.2mol/L×10L=2mol，達到平衡時消耗氮氣的物質(zhì)的量為：4mol-2mol=2mol，
N₂（g）+3H₂（g）═2NH₃（g）△n
1       3        2          2
2mol            n（NH₃）    n
n（NH₃）=

2mol×2

1

=4mol，反應(yīng)后氣體的物質(zhì)的量減小量為：△n=

2mol×2

1

=4mol，
該條件下N₂的最大轉(zhuǎn)化率為：

2mol

4mol

×100%=50%；
此時混合氣體中NH₃的體積分數(shù)是：

4mol

4mol+12mol-4mol

×100%=25%；
平衡時各組分的體積分數(shù)不變，則說明兩個平衡互為恒溫恒容下的等效平衡，將各組分的量按照計量數(shù)轉(zhuǎn)化成初始反應(yīng)物，一定滿足4molN₂和12molH₂，若起始時通入1.5molN₂和4.5molH₂，還缺少（4-1.5）mol=2.5molN₂、（12-4.5）mol=7.5molH₂，相當(dāng)于缺少5mol氨氣，所以還缺少5mol氨氣，
故答案為：50%；25%；5；
（3）該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度越高，平衡向著逆向移動，溫度越低，平衡向著正向移動；
該反應(yīng)為氣體體積縮小的反應(yīng)，增大壓強，平衡向著正向移動，減小壓強，平衡向著逆向移動
所以50MPa、400℃時比20MPa、500℃時的壓強大于、溫度低，則50MPa、400℃時反應(yīng)的平衡常數(shù)K₁一定大于20MPa、500℃時該反應(yīng)的平衡常數(shù)K₂，
故答案為：＞；
（4）升高溫度、增大壓強，反應(yīng)速率加快，所以要加快合成氨的反應(yīng)速率應(yīng)選擇高溫高壓；要提高氨的產(chǎn)率，需要使平衡向著正向移動，該反應(yīng)為放熱、氣體體積減小的可逆反應(yīng)，則低溫、高壓條件下有利于平衡向著正向移動，
故答案為：高溫高壓；低溫高壓．

點評：本題考查了化學(xué)反應(yīng)速率、化學(xué)平衡的影響因素、化學(xué)平衡的計算等知識，題目難度中等，注意掌握影響化學(xué)反應(yīng)速率、化學(xué)平衡的因素，試題充分考查了學(xué)生的分析、理解能力及靈活應(yīng)用所學(xué)知識的能力．