Question

【题目】工业合成氨在一定条件下发生如下反应：，当进入合成塔的和的体积比为1:3时，经测定，在一定温度、压强和催化剂条件下所得氨的平衡浓度（体积分数）如下表所示：

	20MPa	50MPa
500℃	19.1	42.2

而实际从合成塔出来的混合气体中含有氨约15%。

完成下列填空：

（1）目前公认的合成氨工业最恰当的催化剂是________。

a．酶 b．二氧化锰 c．铁触媒 d．五氧化二钒

（2）298K时合成氨，每生成，同时放出46.2kJ的热量。则该反应的热化学方程式为__________；该温度下，取和放在一密闭容器中，在催化剂条件下反应，测得反应放出的热量总小于92.4kJ，其原因是________________________________。

（3）合成氨的温度和压强通常控制在约500℃以及20-50MPa的原因是_________________________________。

（4）实际上从合成塔出来的混合气体中氨的体积分数小于理论值的原因是________。

a．表中所测数据有明显误差 b．生成条件控制不当

c．氨的分解速率大于预测值 d．合成塔中的反应未达到平衡

Answer 1

【答案】c 合成氨的反应是可逆的，和反应不可能完全转化为，所以放出热量总小于92.4kJ 500℃左右是催化剂的最佳活性温度，合成氨反应是一个气体总体积缩小的可逆反应，压强越大，反应速率越快，到达平衡时氨的含量越高，有利于氨的合成，但压强越大，需要动力超大，对材料、设备限制越高，综合考虑选择在20-50MPa进行生产 d

【解析】

（1）合成氨需要催化剂为铁触媒；

（2）根据热化学方程式的书写规则作答；氮气与氢气的反应为可逆反应；

（3）依据化学反应速率与化学平衡的综合影响因素作答；

（4）A．根据题干信息可知，表中数据是“经科学测定”的，不会出现明显误差；
B．合成氨的过程中，不会出现生成条件控制不当的情况；
C．达到平衡时氨气的浓度与氨气的分解速率没有必然关系；
D．无论怎样改变条件，实际上得到的氨气的体积分数都低于预测值，只能说明合成氨的过程中没有达到平衡状态；

（1）目前公认的合成氨工业最恰当的催化剂是为铁触媒，c项正确；

(2) 根据题意，生成2mol NH3所放出的热量为 46.2 kJ × 2=92.4 kJ ，该反应的热化学方程式为 ；由于合成氨的反应是一个可逆反应， 1 mol N 2 和 3 mol H 2 反应不可能完全转化为NH 3 ，所以放出的热量总小于 92.4 kJ ，

故答案为：；每生成1mol氨气，同时放出46.2kJ的热量，生成2nol氨气放热标92.4kJ，注物质聚集状态和对应反应焓变写出热化学方程式为：合成氨反应是可逆反应，△H=92.4kJ/mol是1molN2 和3molH2完全反应放出的热量。现在将1mol N2 和3mol H2在此条件下反应，因其为可逆反应，必然不能完全反应，放出的热量必小于92.4kJ，故答案为：；合成氨的反应是可逆的，和反应不可能完全转化为，所以放出热量总小于92.4kJ；

（3）500℃左右是催化剂的最佳活性温度，合成氨反应是一个气体总体积缩小的可逆反应，压强越大，反应速率越快，到达平衡时氨的含量越高，有利于氨的合成，但压强越大，需要动力超大，对材料、设备限制越高，综合考虑选择在20-50MPa进行生产；

（4）a. 表中数据为科学家通过科学实验所得，不可存在明显误差，a项错误；

b. 合成氨生成过程是连续的，不会对生产条件控制不当，b项错误；

c. 氨气平衡时的浓度大小与速率的大小没有直接关系，若是分解速率的影响，可以通过改变条件，降低反应速率，但无论在任何条件下氨气的体积分数都会低于预测值，说明与氨气的分解速率无关，c项错误；

d. 从合成塔出来的混合气体中含有氨约为15%，与科学测定结果相比偏低，只能说明合成塔中的可逆反应并没有达到平衡状态，d项正确；

答案选d。