Question

Ⅰ．图1是某压强下工业合成氨生产过程中，N₂与H₂按体积比为1:3投料时，反应混合物中氨的体积分数随温度的变化曲线，其中一条是经过一定时间反应后的曲线，另一条是平衡时的曲线。

（1）图中表示该反应的平衡曲线的是__________(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)；由图中曲线变化趋势可推知工业合成氨的反应是___________(填“吸热”或“放热”)反应。

（2）图中a点，容器内气体n(N₂)：n(NH₃)= ____________，图中b点，v(正)_________v(逆)(填“＞”、“=”或“＜”)。

Ⅱ．以工业合成氨为原料，进一步合成尿素的反应原理为：2NH₃(g)+CO₂(g)CO(NH₂)₂(l)+H₂O(g)

工业生产时，需要原料气带有水蒸汽，图2中曲线I、Ⅱ、Ⅲ表示在不同水碳比[n(H₂O)/n(CO₂)]时，CO₂的转化率与氨碳比[n(NH₃)/n(CO₂)]之间的关系。

（1）写出该反应的化学平衡常数表达式____________________

（2）曲线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ对应的水碳比最大的是_________，判断依据是_______________

（3）测得B点氨的转化率为40%，则x₁=__________。

Answer

Ⅰ．（1）Ⅰ 放热 （2）1:4 ＞ Ⅱ．（1） K=c(H2O)/[c2(NH3) c(CO2)]

（2）Ⅲ 当氨碳比相同时，水碳比越大，转化率越小 （3）3

【解析】

试题分析：Ⅰ．（1）图Ⅱ线随着温度的升高，NH3的体积分数逐渐增大，达到一定温度下又降低，说明最初尚未达到平衡，反应主要向正方向进行，达到平衡向，温度升高平衡逆向移动，可知正方向是吸热反应，图Ⅰ表示的是平衡线；

（2）图中a点，设反应的N2为x，则N2+3H22NH3

初始物质的量：1 3 0

变化的物质的量：x 3x 2x

平衡时的物质的量：1-x 3-3x 2x

氨气的体积分数为50%时，则2x/(1-x+3-3x+2x)=50%，解之得x=2/3，则n(N2)：n(NH3)=1/3:4/3=1：4；图中b点，氨气的体积分数逐渐增加，可知向正反应方向移动，正反应速率大于逆反应速率；Ⅱ．（1）可逆反应2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(l)+H2O(g)的平衡常数表达式为K=c(H2O)/[c2(NH3) c(CO2)]；（2）根据图2可知，氨碳比一定时，水碳比越大，说明原料气中含二氧化碳越少，二氧化碳的转化率越低，所以二氧化碳转化率最低的即为水碳比最大的，则曲线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ对应的水碳比最大的是Ⅲ曲线；（3）B点二氧化碳的转化率为60%，氨气的转化率是40%，设NH3、CO2的起始物质的量分别为x、y，则：x×40%×1/2=y×60%，解得：x/3==x1=3。

考点：工业流程题，涉及合成氨及尿素，考查化学平衡的相关知识。