Question

【題目】氨氣是一種重要的化工產品，有廣泛用途，工業上可以由氫氣和氮氣合成。

(1)已知鍵能:NN 945kJ·mol-1，H-H 436 kJ·mol-1，N-H 391kJ·mol-1。

①氮氣、氫氣合成氨的熱化學方程式是______________。

②未使用催化劑時，逆反應的活化能Ea(逆)=______ kJ·mol-1；使用催化劑之后正反應的總活化能為_______ kJ·mol-1。

(2)下表是當反應器中按n(N2):n(H2)=l:3投料后，在200℃、400℃、600℃，反應達到平衡時，混合物中NH3的物質的量分數隨總壓強的變化曲線。

①曲線a、b對應溫度較高的是________ (填“a”或“b”)

②實驗室模擬工業合成氨，一定溫度和壓強下在1L密閉容器中通入5 mol N2、15molH2，10min 后達到M點平衡狀態，計算從反應開始至平衡時間段內的平均速率V(N2)___mol·L-1·min-1。

③關于工業合成氨的反應，下列敘述正確的是_______(填字母)。

A.分離出NH3后的原料氣循環利用，可以提高H2的平衡轉化率

B.使州催化劑能加快反應速率且提高H2的平衡轉化率

C.上圖中M、Q、R點平衡常數K的大小關系是K(M)= K(Q)> K(R)

④列出R點平衡常數的計算式Kp=____(MPa)-2。（用平衡分壓代替平衡濃度計箅，分壓=總壓×物質的量分數。不要求計算結果）

Answer 1

【答案】 N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) ΔH= -93 kJ·mol-1 428 126 b 0.375 AC （其它合理答案都給分）

【解析】(1)①已知鍵能：NN 945kJ·mol-1，H-H 436 kJ·mol-1，N-H 391kJ·mol-1，則N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) ΔH=（945kJ·mol-1+3×436 kJ·mol-1）-（6×391kJ·mol-1）= -93 kJ·mol-1，故氮氣、氫氣合成氨的熱化學方程式是N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) ΔH= -93 kJ·mol-1；

②未使用催化劑時，逆反應的活化能Ea(逆)=（335+93）kJ·mol-1=428kJ·mol-1；使用催化劑之后正反應的總活化能為Ea1=126kJ·mol-1；

(2)①合成氨正方向為放熱反應，升高溫度平衡逆向移動，NH3的物質的量分數減小，故曲線a、b對應溫度較高的是b；

②M點NH3的物質的量分數為60%；

N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g)

起始物質的量濃度（mol/L） 5 15 0

變化物質的量濃度（mol/L） n 3n 2n

起始物質的量濃度（mol/L） 5-n 15-3n 2n

NH3的物質的量分數為60%=×100%，解得：n=，則從反應開始至平衡時間段內的平均速率V(N2)= =0.375mol·L-1·min-1；

③A．及時分離出NH3，并循環利用原料氣，可以提高H2的平衡轉化率，故A正確；B．使州催化劑能加快反應速率，但不影響平衡的移動，對H2的轉化率無影響，故B錯誤；C．平衡常數與溫度有關，與其他條件無關，溫度相同時平衡常數相同，反應是放熱反應，溫度越高平衡常數越小，則M、Q、R點平衡常數K的大小關系是K（M）=K（Q）＞K（R），故C正確；答案為AC；

④R點總壓強為35MPa，NH3的物質的量分數為20%，

N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g)

起始物質的量（mol） 5 15 0

變化物質的量（mol） n 3n 2n

起始物質的量（mol） 5-n 15-3n 2n

NH3的物質的量分數為20%=×100%，解得：n=，則N2的物質的量分數為×100%=，H2的物質的量分數為1- - =，R點平衡常數的計算式Kp= (MPa)-2。