Question

20．工业上利用N₂和H₂合成氨，其化学方程式为：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H＜0
（1）将一定量的N₂和H₂的混合气放入某密闭容器中发生上述反应．
①下列措施中可提高氢气的转化率的有CD（填字母）．
A．升高温度   B．使用催化剂     C．增大压强     D．循环利用和不断补充氮气
②在一定温度和压强下，将H₂和N₂按体积比3：1在密闭容器中混合，当该反应达到平衡时，测得平衡混合气中NH₃的体积分数为$\frac{1}{7}$，此时N₂的转化率为25%．
（2）某厂每天产生600m³含氨废水（NH₃ 的浓度为153mg/L，废氨水密度为1g/cm^-3）．该厂处理废水的方法：将废水加热得到NH₃，使废水中NH₃的浓度降为17mg/L．再对加热蒸发得到的NH₃用一定量空气氧化．发生的主要反应如下：
4NH₃+5O₂═4NO+6H₂O  4NO+3O₂+2H₂O═4HNO₃
副反应为：4NH₃+3O₂═2N₂+6H₂O
①该厂每天通过加热蒸发可得到NH₃的物质的量是4800mol．
②若氧化过程中90% NH₃转化为硝酸，10% NH₃发生了副反应，则该厂每天消耗标准状况下的空气1008立方米（假设废水加热前后的体积和密度近似认为不变，空气中氧气的体积分数20%）．

Answer 1

分析 （1）①A．升高温度，平衡向逆反应方向移动，则转化率减小；
B．使用催化剂平衡不移动，转化率不变；
C．增大压强平衡向正反应方向移动，转化率增大；
D．循环利用和不断补充氮气，可使平衡向正反应方向移动，转化率增大；
②设起始时H₂的物质的量为3mol，N₂为1mol，平衡时N₂转化了xmol，
       N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
起始：1mol     3mol       0
转化：xmol     3xmol      2xmol
平衡：（1-x）mol （3-3x）mol 2xmol
则$\frac{2x}{1-x+3-3x+2x}$=$\frac{1}{7}$
x=0.25，由此分析解答；
（2）①计算氨气的浓度变化，根据n=cV计算物质的量；
②根据方程式得出反应的关系式，可根据关系式计算．

解答 解：（1）①A．升高温度，平衡向逆反应方向移动，则转化率减小，故A错误；
B．使用催化剂平衡不移动，转化率不变，故B错误；
C．增大压强平衡向正反应方向移动，转化率增大，故C正确；
D．循环利用和不断补充氮气，可使平衡向正反应方向移动，转化率增大，故D正确．
故答案为：CD；
②设起始时H₂的物质的量为3mol，N₂为1mol，平衡时N₂转化了xmol，
       N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
起始：1mol     3mol       0
转化：xmol     3xmol      2xmol
平衡：（1-x）mol （3-3x）mol 2xmol
则$\frac{2x}{1-x+3-3x+2x}$=$\frac{1}{7}$
x=0.25，
此时N₂的转化率为$\frac{0.25}{1}$×100%=25%，
故答案为：25%；
（2）①n（NH₃）=$\frac{（153-17）mg•{L}^{-1}}{17g•mo{l}^{-1}}$×10^-3g/mg×600m³×10³L/m³=4800mol，
故答案为：4800；
②根据下列发生的主反应：
4NH₃+5O₂$\frac{\underline{\;\;\;催化剂\;\;\;}}{高温高压}$4NO+6H₂O，4NO+3O₂+2H₂O=4HNO₃
得主反应中氨气与氧气的物质的量有如下关系式：NH₃～2O₂
n（O₂）_主反应=4800 mol×90%×2=8640 mol
根据下列副反应：
4NH₃+3O₂=2N₂+6H₂O
n（O₂）_副反应=4800 mol×10%×$\frac{3}{4}$=360mol
V（空气）=（8640+360）mol×22.4L/mol×10^-3m³/L÷20%=1008m³
故答案为：1008．

点评 本题考查化学平衡的计算，题目较为综合，且难度较大，易错点为（2），注意根据质量守恒利用关系法计算．