Question

合成氨工业的核心反应是：N₂(g)＋3H₂(g) 2NH₃(g)　ΔH＝Q kJ·mol^－1，能量变化如下图，回答下列问题：

(1)在反应体系中加入催化剂，反应速率增大，E₁和E₂的变化是：E₁________，E₂________(填“增大”、“减小”或“不变”)。

(2)在500℃、2×10⁷Pa和催化剂条件下向一密闭容器中充入0.5 mol N₂和1.5 mol H₂，充分反应后，放出的热量________ 46.2 kJ(填“<”、“>”或“＝”)。

(3)关于该反应的下列说法中，正确的是________。

A．ΔH>0，ΔS>0        B．ΔH>0，ΔS<0

C．ΔH<0，ΔS>0        D．ΔH<0，ΔS<0

(4)将一定量的N₂(g)和H₂(g)放入1 L密闭容器中，在500℃、2×10⁷Pa下达到平衡，测得N₂为0.10 mol，H₂为0.30 mol，NH₃为0.10 mol。计算该条件下达到平衡时H₂转化为NH₃的转化率________。若升高温度，K值变化________(填“增大”、“减小”或“不变”)。

(5)在上述(4)反应条件的密闭容器中，欲提高合成氨中H₂的转化率，下列措施可行的是________(填字母)。

A．向容器中按原比例再充入原料气

B．向容器中再充入惰性气体

C．改变反应的催化剂

D．分离出氨气

Answer

(1)减小 减小 (2)< (3)D (4)33.3% 减小 (5)A、D

【解析】(1)在反应体系中加入催化剂，降低了反应的活化能，即E1减小，E2减小，反应热不变。

(2)由图像可知N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ·mol－1，使用催化剂，加快了反应速率，但平衡并不移动，平衡转化率不变，上述反应仍不能进行彻底，故0.5 mol N2和1.5 mol H2充分反应后放出的热量应小于46.2 kJ。

(3)由图可知ΔH<0，根据反应方程式可知气体的物质的量减小，ΔS<0。

(4) N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)

起始： m n 0

转化： x 3x 2x

平衡： m－x n－3x 2x

根据题意m－x＝0.1 mol n－3x＝0.3 mol 2x＝0.1 mol

故x＝0.05 mol m＝0.15 mol n＝0.45 mol

α(H2)＝＝×100%＝33.3%。

ΔH<0，升温，平衡左移，K值减小。

(5)欲提高H2的转化率应使平衡右移，向容器中按原比例再充入原料气，相当于增大压强，平衡右移，A可行，B中充惰性气体对平衡无影响，C中改变催化剂不改变平衡移动，D中分离出氨气，平衡右移，方法可行，故选A、D。