Question

工业生产硝酸铵的流程图如下图．请回答：

（1）已知：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92kJ?mol^-1．
①在500℃、2.02×10⁷Pa和铁催化条件下向一密闭容器中充入1molN₂和3molH₂，充分反应后，放出的热量

 

（填“＜”“＞”“=”）92.4kJ，理由是

 

．
②为有效提高氢气的转化率，实际生产中宜采取的措施有

 

A．降低温度       B．最适合催化剂活性的适当高温          C．增大压强
D．降低压强       E．循环利用和不断补充氮气              F．及时移出氨
（2）已知铂铑合金网未预热也会发热．写出氨催化氧化的化学方程式：

 

，
该反应的化学平衡常数表达式K=

 

，当温度升高时，K值

 

（增大、减小、无影响）．
（3）在一定温度和压强的密闭容器中，将平均式量为8.5的H₂和N₂混合，当该反应达到平衡时，测出平衡混合气的平均式量为10，请计算此时H₂的转化率（写出计算过程）：

 

．

Answer 1

考点：工业合成氨,工业制取硝酸,化学平衡常数的含义,化学平衡的影响因素

专题：化学平衡专题

分析：（1）根据可逆反应的特点不可能完全进行到底分析；根据化学平衡移动分析；
（2）根据氨的还原性；根据化学平衡常数的概念分析；
（3）根据平均式量利用十字交叉法求出两者的物质的量之比，然后根据平均式量为10利用平衡三部曲求出各自的物质的量，最终求出转化率．

解答： 解：（1）①因为可逆反应不可能完全进行到底，放出的热量比完全反应少，则在1atm和298K条件下，1mol氮气和3mol氢气完全反应生成2mol氨气，放出92.4kJ热量，该反应为可逆反应，不可能进行完全，又因为反应温度为500℃，所以放出的热量小于92.4kJ，
故答案为：＜；在1atm和298K条件下，1mol氮气和3mol氢气完全反应生成2mol氨气，放出92.4kJ热量，该反应为可逆反应，不可能进行完全，又因为反应温度为500℃，所以放出的热量小于92.4kJ；
②因增大反应物的浓度，减少生成物的浓度，增大压强，降低温度工业合成氨反应向正反应方向移动，氢气的转化率提高，但在实际生产中不能用低温，因为温度低化学反应速率慢，故答案为：CEF；
（2）因为NH₃具有还原性，能被氧气氧化：4NH₃+5O₂

Pt-Rh  .

△

4NO+6H₂O，
该反应的平衡常数K=

c4(NO)?c6(H2O)

c4(NH3)?c5(O2)

，因工业合成氨反应是放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向移动，化学平衡常数减小，
故答案为：4NH₃+5O₂

Pt-Rh  .

△

4NO+6H₂O；

c4(NO)?c6(H2O)

c(NH3)?c5(O2)

；减小；
（3）十字交叉法：平均相对分子质量为8.5的H₂和N₂物质的量比=（28-8.5）：（8.5-2）=3：1，
平衡三部曲：N₂ +3H₂ =2NH₃
起         1   3    0
反         x   3x   2x
末       1-x   3-3x  2x
平衡混合气的平均相对分子质量为10，对应的相对分子质量：

28×1+2×3

(1-x)(3-3x)+2x

=10
x=0.3
则H₂转化率为

3×0.3

3

×100%=30%
故答案为：30%．

点评：本题结合工业生产硝酸铵的流程图考查了可逆反应、化学平衡常数、十字交叉法等，试题的综合性较强，学生做起来有一定的难度．