Question

工業(yè)生產(chǎn)硝酸銨的流程圖如下圖．請(qǐng)回答：

（1）已知：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92kJ?mol^-1．
①在500℃、2.02×10⁷Pa和鐵催化條件下向一密閉容器中充入1molN₂和3molH₂，充分反應(yīng)后，放出的熱量

 

（填“＜”“＞”“=”）92.4kJ，理由是

 

．
②為有效提高氫氣的轉(zhuǎn)化率，實(shí)際生產(chǎn)中宜采取的措施有

 

A．降低溫度       B．最適合催化劑活性的適當(dāng)高溫          C．增大壓強(qiáng)
D．降低壓強(qiáng)       E．循環(huán)利用和不斷補(bǔ)充氮?dú)?nbsp;             F．及時(shí)移出氨
（2）已知鉑銠合金網(wǎng)未預(yù)熱也會(huì)發(fā)熱．寫出氨催化氧化的化學(xué)方程式：

 

，
該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式K=

 

，當(dāng)溫度升高時(shí)，K值

 

（增大、減小、無(wú)影響）．
（3）在一定溫度和壓強(qiáng)的密閉容器中，將平均式量為8.5的H₂和N₂混合，當(dāng)該反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，測(cè)出平衡混合氣的平均式量為10，請(qǐng)計(jì)算此時(shí)H₂的轉(zhuǎn)化率（寫出計(jì)算過程）：

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：工業(yè)合成氨,工業(yè)制取硝酸,化學(xué)平衡常數(shù)的含義,化學(xué)平衡的影響因素

專題：化學(xué)平衡專題

分析：（1）根據(jù)可逆反應(yīng)的特點(diǎn)不可能完全進(jìn)行到底分析；根據(jù)化學(xué)平衡移動(dòng)分析；
（2）根據(jù)氨的還原性；根據(jù)化學(xué)平衡常數(shù)的概念分析；
（3）根據(jù)平均式量利用十字交叉法求出兩者的物質(zhì)的量之比，然后根據(jù)平均式量為10利用平衡三部曲求出各自的物質(zhì)的量，最終求出轉(zhuǎn)化率．

解答： 解：（1）①因?yàn)榭赡娣磻?yīng)不可能完全進(jìn)行到底，放出的熱量比完全反應(yīng)少，則在1atm和298K條件下，1mol氮?dú)夂?mol氫氣完全反應(yīng)生成2mol氨氣，放出92.4kJ熱量，該反應(yīng)為可逆反應(yīng)，不可能進(jìn)行完全，又因?yàn)榉磻?yīng)溫度為500℃，所以放出的熱量小于92.4kJ，
故答案為：＜；在1atm和298K條件下，1mol氮?dú)夂?mol氫氣完全反應(yīng)生成2mol氨氣，放出92.4kJ熱量，該反應(yīng)為可逆反應(yīng)，不可能進(jìn)行完全，又因?yàn)榉磻?yīng)溫度為500℃，所以放出的熱量小于92.4kJ；
②因增大反應(yīng)物的濃度，減少生成物的濃度，增大壓強(qiáng)，降低溫度工業(yè)合成氨反應(yīng)向正反應(yīng)方向移動(dòng)，氫氣的轉(zhuǎn)化率提高，但在實(shí)際生產(chǎn)中不能用低溫，因?yàn)闇囟鹊突瘜W(xué)反應(yīng)速率慢，故答案為：CEF；
（2）因?yàn)镹H₃具有還原性，能被氧氣氧化：4NH₃+5O₂

Pt-Rh  .

△

4NO+6H₂O，
該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=

c4(NO)?c6(H2O)

c4(NH3)?c5(O2)

，因工業(yè)合成氨反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，化學(xué)平衡常數(shù)減小，
故答案為：4NH₃+5O₂

Pt-Rh  .

△

4NO+6H₂O；

c4(NO)?c6(H2O)

c(NH3)?c5(O2)

；減�。�
（3）十字交叉法：平均相對(duì)分子質(zhì)量為8.5的H₂和N₂物質(zhì)的量比=（28-8.5）：（8.5-2）=3：1，
平衡三部曲：N₂ +3H₂ =2NH₃
起         1   3    0
反         x   3x   2x
末       1-x   3-3x  2x
平衡混合氣的平均相對(duì)分子質(zhì)量為10，對(duì)應(yīng)的相對(duì)分子質(zhì)量：

28×1+2×3

(1-x)(3-3x)+2x

=10
x=0.3
則H₂轉(zhuǎn)化率為

3×0.3

3

×100%=30%
故答案為：30%．

點(diǎn)評(píng)：本題結(jié)合工業(yè)生產(chǎn)硝酸銨的流程圖考查了可逆反應(yīng)、化學(xué)平衡常數(shù)、十字交叉法等，試題的綜合性較強(qiáng)，學(xué)生做起來(lái)有一定的難度．