Question

合成氨生产技术的创立开辟了人工固氮的途径，对化学工业技术也产生了重大影响．合成氨反应的化学方程式为：N₂（g）+3H₂（g）?3NH₃（g），△H=-92.2kJ/mol．合成氨工业中原料气N₂可从空气中分离得到，H₂可用甲烷在高温下与水蒸气反应制得．我国合成氨工业目前的生产条件为：催化剂-铁触媒，温度-400～500℃，压强-30～50MPa．回答下列问题：
（1）合成氨工业中原料气压缩到30～50MPa的原因是

加压有利于平衡正向移动，提高原料气的转化率

．从平衡移动原理分析，低温有利于原料气的转化，实际生产中采用400～500℃的高温，原因之一是考虑到催化剂的催化活性，原因之二是

增加反应速率，缩短达到平衡的时间

．
（2）500℃、50MPa时，在容积为VL的容器中加入n mol N₂、3n mol H₂，反应达平衡后测得平衡常数为K₁，此时N₂的转化率为x．则K和x的关系满足K=

4xV2

27n2(1-x)4

．若温度为400℃，平衡常数为K₂，则K₁

＜

K₂（填“＜”、“=”或“＞”）
（3）甲烷在高温下与水蒸气反应反应方程式为：CH₄（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂（g）．部分物质的燃烧热数据如下表：

物  质	燃烧热（kJ?mol-1）
H2（g）	-285.8
CO（g）	-283.0
CH4（g）	-890.3

已知1mol H₂O（g）转变为1mol H₂O（l）时放出44.0kJ热量．
①写出CO燃烧的热化学方程式

CO（g）+

1

2

O₂（g）=CO₂（g）△H=-283.0kJ?mol^-1

．
②2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=

-483.6

kJ/mol．

Answer 1

分析：（1）根据压强对化学平衡移动的影响以及温度、催化剂对反应速率的影响知识来回答；
（2）根据“三行式”来进行计算得出结论，对于放热反应，温度升高则平衡常数减小，反之增大；
（3）①根据物质燃烧热的概念来书写热化学方程式；
②根据盖斯定律来计算反应的焓变．

解答：解：（1）合成氨工业中原料气压缩到30～50MPa，加压有利于平衡正向移动，提高原料气的转化率，实际生产中采用400～500℃的高温，可以增加反应速率，缩短达到平衡的时间，
故答案为：加压有利于平衡正向移动，提高原料气的转化率；增加反应速率，缩短达到平衡的时间；
（2）根据题意：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g），
初始物质的量：n         3n        0
变化物质的量：nx       3nx        2nx        
平衡物质的量：n-nx     3n-3nx     2nx
则平衡常数为K₁=

[NH3]2

[N2][H2]3

=

( 2nx V )2

( n-nx V )×( 3n-3nx V )3

=

4xV2

27n2(1-x)4

，
该反应是热反应，温度升高则平衡常数减小，所以K₁＜K₂，
故答案为：

4xV2

27n2(1-x)4

；＜；
（3）①1mol一氧化碳完全燃烧生成二氧化碳放出的热量是283KJ，即CO（g）+1/2O₂（g）=CO₂（g）△H=-283.0 kJ?mol^-1，
故答案为：CO（g）+1/2O₂（g）=CO₂（g）△H=-283.0 kJ?mol^-1；
 ②由表中数据可知：①2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（l）△H=-571.6kJ?mol^-1，
②2H₂O（l）=2H₂O（g）△H=88.0kJ?mol^-1，
利用盖斯定律，将①+②可得：2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g），△H=-571.6kJ?mol^-1+88kJ?mol^-1=-483.6kJ?mol^-1，
故答案为：-483.6．

点评：本题是一道综合性的考题，涉及化学反应速率、化学平衡的移动以及热化学部分的知识，难度较大，综合性强．