Question

20．工業(yè)上利用N₂和H₂合成氨，其化學(xué)方程式為：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H＜0
（1）將一定量的N₂和H₂的混合氣放入某密閉容器中發(fā)生上述反應(yīng)．
①下列措施中可提高氫氣的轉(zhuǎn)化率的有CD（填字母）．
A．升高溫度   B．使用催化劑     C．增大壓強     D．循環(huán)利用和不斷補充氮氣
②在一定溫度和壓強下，將H₂和N₂按體積比3：1在密閉容器中混合，當(dāng)該反應(yīng)達(dá)到平衡時，測得平衡混合氣中NH₃的體積分?jǐn)?shù)為$\frac{1}{7}$，此時N₂的轉(zhuǎn)化率為25%．
（2）某廠每天產(chǎn)生600m³含氨廢水（NH₃ 的濃度為153mg/L，廢氨水密度為1g/cm^-3）．該廠處理廢水的方法：將廢水加熱得到NH₃，使廢水中NH₃的濃度降為17mg/L．再對加熱蒸發(fā)得到的NH₃用一定量空氣氧化．發(fā)生的主要反應(yīng)如下：
4NH₃+5O₂═4NO+6H₂O  4NO+3O₂+2H₂O═4HNO₃
副反應(yīng)為：4NH₃+3O₂═2N₂+6H₂O
①該廠每天通過加熱蒸發(fā)可得到NH₃的物質(zhì)的量是4800mol．
②若氧化過程中90% NH₃轉(zhuǎn)化為硝酸，10% NH₃發(fā)生了副反應(yīng)，則該廠每天消耗標(biāo)準(zhǔn)狀況下的空氣1008立方米（假設(shè)廢水加熱前后的體積和密度近似認(rèn)為不變，空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)20%）．

Answer 1

分析 （1）①A．升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動，則轉(zhuǎn)化率減小；
B．使用催化劑平衡不移動，轉(zhuǎn)化率不變；
C．增大壓強平衡向正反應(yīng)方向移動，轉(zhuǎn)化率增大；
D．循環(huán)利用和不斷補充氮氣，可使平衡向正反應(yīng)方向移動，轉(zhuǎn)化率增大；
②設(shè)起始時H₂的物質(zhì)的量為3mol，N₂為1mol，平衡時N₂轉(zhuǎn)化了xmol，
       N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
起始：1mol     3mol       0
轉(zhuǎn)化：xmol     3xmol      2xmol
平衡：（1-x）mol （3-3x）mol 2xmol
則$\frac{2x}{1-x+3-3x+2x}$=$\frac{1}{7}$
x=0.25，由此分析解答；
（2）①計算氨氣的濃度變化，根據(jù)n=cV計算物質(zhì)的量；
②根據(jù)方程式得出反應(yīng)的關(guān)系式，可根據(jù)關(guān)系式計算．

解答 解：（1）①A．升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動，則轉(zhuǎn)化率減小，故A錯誤；
B．使用催化劑平衡不移動，轉(zhuǎn)化率不變，故B錯誤；
C．增大壓強平衡向正反應(yīng)方向移動，轉(zhuǎn)化率增大，故C正確；
D．循環(huán)利用和不斷補充氮氣，可使平衡向正反應(yīng)方向移動，轉(zhuǎn)化率增大，故D正確．
故答案為：CD；
②設(shè)起始時H₂的物質(zhì)的量為3mol，N₂為1mol，平衡時N₂轉(zhuǎn)化了xmol，
       N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
起始：1mol     3mol       0
轉(zhuǎn)化：xmol     3xmol      2xmol
平衡：（1-x）mol （3-3x）mol 2xmol
則$\frac{2x}{1-x+3-3x+2x}$=$\frac{1}{7}$
x=0.25，
此時N₂的轉(zhuǎn)化率為$\frac{0.25}{1}$×100%=25%，
故答案為：25%；
（2）①n（NH₃）=$\frac{（153-17）mg•{L}^{-1}}{17g•mo{l}^{-1}}$×10^-3g/mg×600m³×10³L/m³=4800mol，
故答案為：4800；
②根據(jù)下列發(fā)生的主反應(yīng)：
4NH₃+5O₂$\frac{\underline{\;\;\;催化劑\;\;\;}}{高溫高壓}$4NO+6H₂O，4NO+3O₂+2H₂O=4HNO₃
得主反應(yīng)中氨氣與氧氣的物質(zhì)的量有如下關(guān)系式：NH₃～2O₂
n（O₂）_{主反應(yīng)}=4800 mol×90%×2=8640 mol
根據(jù)下列副反應(yīng)：
4NH₃+3O₂=2N₂+6H₂O
n（O₂）_{副反應(yīng)}=4800 mol×10%×$\frac{3}{4}$=360mol
V（空氣）=（8640+360）mol×22.4L/mol×10^-3m³/L÷20%=1008m³
故答案為：1008．

點評 本題考查化學(xué)平衡的計算，題目較為綜合，且難度較大，易錯點為（2），注意根據(jù)質(zhì)量守恒利用關(guān)系法計算．