Question

氨是化肥工业和基本有机化工的主要原料，合成氨工业因此成为基本无机化工之一。回答下列问题：

（1）如何获得廉价的氢气是合成氨工业中的重要课题，目前常用戊烷跟水蒸气反应的方法  获得氢气：

C₅H₁₂(g）+5H₂O(g） 5CO(g）+11H₂(g）

已知几个反应的能量变化如下图所示，则上述反应的△H=____________kJ·mol^-1

（2）合成氨的反应原理为：

3H₂(g）+N₂(g） 2NH₃(g）

现有甲、乙、丙3个固定容积为2 L的密闭容器，在相同温度和催化剂条件下，按不同的反应物投入量进行合成氨反应，相关数据如下表所示：

①下列描述不能说明该反应已达到平衡状态的是_____________．(填序号）；

a．容器内混合气体的密度保持不变

b．3v_正(N₂）==v_逆(H₂）

c．容器内混合气体的平均相对分子质量保持不变

②乙容器中的反应在20 min后达到平衡，这段时间内NH₃的平均反应速率v(NH₃）=___________mol·L^-1·min^-1，该温度下，反应的平衡常数K=___________L²·mol^-2(结果保留3位有效数字）；

③分析上表中的数据，下列关系正确的是________(填序号）。

a．c_l>c₃    b．w_l<w₂    c．>>

（3）在合成氨工业中，为了提高反应物的利用率，除了要提供适宜的温度、压强和使用催化剂外，还要采取的措施是________。

Answer

（1）c-5a-11b

（2）①a ②0.05；5.33 ③ac

（3）将产物混合气中的氨冷却分离后，剩余气体循环使用

【解析】

试题分析：（1）根据信息可知①CO(g）+1/2O2(g）=CO2(g） △H=a kJ·mol-1，②1/2O2(g）+H2(g）= H2O(g） △H=b kJ·mol-1，③C5H12(g）+8O2(g）=5CO2(g）+ 6H2O(g） △H=c kJ·mol-1，根据盖斯定律③-5×①-11×②得C5H12(g）+5H2O(g） =5CO(g）+11H2(g） △H=（c-5a-11b）kJ·mol-1；

（2）①a．容器内混合气体的总质量不变，体积不变，所以密度一直保持不变，不能说明达到化学平衡状态，a错误；b．3v正(N2）==v逆(H2），说明达到化学平衡状态，b正确；c．容器内混合气体的总质量不变，总物质的量变化，故平均相对分子质量保持不变时，达到化学平衡状态，c正确；答案选a；

② 3H2(g）+N2(g） 2NH3(g），

起始浓度（mol/L） 2 2 0

变化浓度（mol/L） 1.5 0.5 1

平衡浓度（mol/L） 0.5 1.5 1

所以v(NH3）=1/20=0.05 mol·L-1·min-1，该温度下，反应的平衡常数K=12/1.5×0.53=5.33 L2·mol-2；

③a．丙容器中2molNH3，相当于加入了1mol N2，3molH2，则平衡时氮气的浓度cl>c3，a正确；b．乙容器相当于在甲容器的基础上增大压强，则平衡正向移动，则平衡时氮气的体积分数wl>w2，b错误；c．混合气体的密度=气体的总质量/总体积，容器的体积相等，根据加入的气体的量可知，>>，c正确；答案选ac；

（3）在合成氨工业中，为了提高反应物的利用率，除了要提供适宜的温度、压强和使用催化剂外，还要采取的措施是将产物混合气中的氨冷却分离后，剩余气体循环使用。

考点：盖斯定律，平衡状态的判断，平衡的移动，平衡常数