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）    ΔH＝－92.4 kJ·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“<”、“>”或“=”）92.4kJ，理由是                  。

②为提高氨的产量，获得更大的效益，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          （填“增大”、“减小”或“不变”）。

（3）在一定温度和压强的密闭容器中，将平均相对分子质量为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相对分子质量为10，请计算此时H₂的转化率（写出计算过程）。

Answer

（1）① <（1分） 该反应为可逆反应 （2分） ②BCEF（4分）

（2）4NH3 + 5O2 4NO + 6H2O 、减小（每空各2分）

（3）30%（4分）

【解析】

试题分析：（1）根据反应N2(g）+3H2(g）2NH3(g） ΔH＝－92.4 kJ·mol－1。可知每1molN2发生反应会放出92.4kJ的热量。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，由于该反应是可逆反应，反应物不能完全转化为生成物，因此充分反应后，放出的热量<92.4kJ，理由是该反应为可逆反应,反应物不能完全转化为生成物，因此反应放出的热量小于92.4kJ，②A．该反应的正反应是放热反应，根据平衡移动原理，降低温度，化学平衡向放热的正反应方向移动，因此可以提高原料的利用率，提高氨的含量，但由于温度降低，反应速率小，达到平衡所需要的时间长，总的来说，效益并不高，错误； B．最适合催化剂活性的适当高温，既可以提高反应速率，也可以达到比较高的效益，正确；C．由于该反应的正反应是气体体积减小的反应，增大压强，可以使化学平衡正向移动，因此可以产生更多的氨气，因此可以提高经济效益，正确；D．降低压强，反应速率减小，化学平衡逆向移动，对合成氨气不利，错误；E．循环利用和不断补充氮气，可以提高原料的利用率，制取更多的氨气，因此可以提高经济效益，正确；F．及时移出氨，可以使平衡正向移动，产生更多的氨气，因此可以提高经济效益，正确。（2）氨催化氧化的化学方程式：（2）4NH3 + 5O2 4NO + 6H2O，该反应的化学平衡常数表达式，该反应的正反应是放热反应，当温度升高时，化学平衡向吸热的逆反应方向移动，因此使K值减小；（3）H2和N2混合气体平均相对分子质量是8.5，则n(H2）:n(N2）=3:1，假设氢气有3mol，则N2是1mol，混合气体的质量是m=3mol×2mol/L+1mol×28g/mol=34g，当该反应达到平衡时，测出平衡混合气的平均相对分子质量为10，则混合气体的物质的量是34g÷10g/mol=3.4mol，气体的物质的量减少3mol+1mol-3.4mol=0.6mol.根据反应方程式：N2(g）+3H2(g）2NH3(g）可知：每有1mol N2发生反应，反应后气体会减少2mol，现在气体物质的量减少0.6mol，所以氮气的物质的量减小0.3mol，氢气的物质的量减小0.3mol×3=0.9mol，则此时H2的转化率是(0.9mol÷3mol） ×100%=30%。

【考点定位】考查盖斯定律的应用、能够使化学平衡移动的措施及物质平衡转化率的计算的知识。

【名师点睛】盖斯定律反应了化学反应过程中的物质变化与能量变化的关系的知识，反应过程中能量变化只与反应物、生成物的物质的量及物质的存在状态有关，而与反应途径无关；可逆反应的反应热表示的是方程式的系数的物质的量的物质完全反应时放出的热量；化学平衡移动原理适用于可逆反应，生产效率要与化学平衡及反应速率综合考虑；化学平衡常数是可逆反应达到平衡时各生成物浓度幂之积与各反应物浓度幂之积的比。根据混合气体平均相对分子质量可以计算混合气体的物质的量的比，再利用反应过程物质的质量不变可以计算反应后混合气体的物质的量，利用差量的方法计算反应的氮气或氢气的物质的量，最后可利用物质转化率计算方法氢气的转化率。