Question

（11分）氨在國民經濟中占有重要的地位，2008年，我國氨產量接近500萬噸。下圖是合成氨的簡要流程。

   （1）天然氣、重油、煤都可以與水反應制得氫氣。下表是某合成氨廠采用不同原料的相對投資和能量消耗。

原料[	天然氣	重油	煤
相對投資費用	1.0	1.5	2.0
能量消耗/J·t—1	28109	38109	48109

①依據上表信息，你認為采用         為原料最好。

②請寫出甲烷在高溫、催化劑的作用下與水蒸氣反應生成氫氣和一氧化碳的化學方程式：                          。

③已知C（s）、CO（g）和H₂（g）完全燃燒的熱化學方程式分別為：

C（s）+O₂（g）===CO₂（g）       △H=-394kJ·mol^—1； 

2CO（g）+O₂（g）===2CO₂（g）△H=-566kJ·mol^—1；

2H₂（g）+O₂（g）===2H₂O（g） △H=-484 kJ·mol^—1；

試寫出由C與水蒸氣在高溫條件下反應生成氫氣與一氧化碳的熱化學方程式              。

（2）下表是在某種催化劑作用下用體積比為1：3的氮、氫混合氣反應應達到平衡時的一些實驗數據。

①依據表中數據判斷，合成氨反應N₂+3H₂NH₃的△H       0（填“＞”、“＜”或“無法判斷”，請簡要說明理由                      ；

②該反應的化學平衡常數表達式為                  。

③在300℃、10MPa下，合成氨反應達到平衡時，混合氣體的體積是反應開始時的          倍。

 

Answer 1

【答案】

（11分）

（1）①天然氣（1分）   ②CH₄ + H₂O  CO + 3H₂（2分）

③  C（s）+ H₂O（g）= CO（g） + H₂（g） △H =131kJ•mol^-1   （2分）

（2）① <（1分）    相同條件下，升高溫度， NH₃含量減小，平衡左移，         逆反應吸熱，正反應放熱；（2分）

 ②（1分）      ③  0．658或  （2分）

【解析】（1）①相同的能量消耗，天然氣的費用最低。

③由下面兩反應：

C（s）+O₂（g）===CO₂（g）    △H=-394kJ·mol^—1； 

2CO（g）+O₂（g）===2CO₂（g）△H=-566kJ·mol^—1；

可求得：C（s）+1/2O₂（g）===CO（g）       △H=-111kJ·mol^—1

結合：2H₂（g）+O₂（g）===2H₂O（g） △H=-484 kJ·mol^—1

可推出：C（s）+ H₂O（g）= CO（g） + H₂（g） △H =131kJ•mol^-1

（2）③   N₂   +   3H₂  NH₃

初始：    1        3          0

△n:       a        3a         2a

平衡n:    1—a    3—3a       2a

由題意，結合表中數據可知：，解出a=13/19

則：