Question

氨气是一种重要的化工产品，有广泛用途，工业上可以由氢气和氮气合成。

(1)已知键能:NN 945kJ·mol^-1，H-H 436 kJ·mol^-1，N-H 391kJ·mol^-1。

①氮气、氢气合成氨的热化学方程式是______________。

②未使用催化剂时，逆反应的活化能Ea(逆)=______ kJ·mol^-1；使用催化剂之后正反应的总活化能为_______ kJ·mol^-1。

(2)下表是当反应器中按n(N₂):n(H₂)=l:3投料后，在200℃、400℃、600℃，反应达到平衡时，混合物中NH₃的物质的量分数随总压强的变化曲线。

①曲线a、b对应温度较高的是________    (填“a”或“b”)   

②实验室模拟工业合成氨，一定温度和压强下在1L密闭容器中通入5 mol N₂、15molH₂，10min 后达到M点平衡状态，计算从反应开始至平衡时间段内的平均速率V(N₂)___mol·L^-1·min^-1。

③关于工业合成氨的反应，下列叙述正确的是_______(填字母)。

A.分离出NH₃后的原料气循环利用，可以提高H₂的平衡转化率

B.使州催化剂能加快反应速率且提高H₂的平衡转化率

C.上图中M、Q、R点平衡常数K的大小关系是K(M)= K(Q)> K(R)

④列出R点平衡常数的计算式Kp=____(MPa)^-2。（用平衡分压代替平衡浓度计箅，分压=总压×物质的量分数。不要求计算结果）

Answer

N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) ΔH= -93 kJ·mol-1 428 126 b 0.375 AC （其它合理答案都给分）

【解析】(1)①已知键能：NN 945kJ·mol-1，H-H 436 kJ·mol-1，N-H 391kJ·mol-1，则N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) ΔH=（945kJ·mol-1+3×436 kJ·mol-1）-（6×391kJ·mol-1）= -93 kJ·mol-1，故氮气、氢气合成氨的热化学方程式是N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) ΔH= -93 kJ·mol-1；

②未使用催化剂时，逆反应的活化能Ea(逆)=（335+93）kJ·mol-1=428kJ·mol-1；使用催化剂之后正反应的总活化能为Ea1=126kJ·mol-1；

(2)①合成氨正方向为放热反应，升高温度平衡逆向移动，NH3的物质的量分数减小，故曲线a、b对应温度较高的是b；

②M点NH3的物质的量分数为60%；

N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g)

起始物质的量浓度（mol/L） 5 15 0

变化物质的量浓度（mol/L） n 3n 2n

起始物质的量浓度（mol/L） 5-n 15-3n 2n

NH3的物质的量分数为60%=×100%，解得：n=，则从反应开始至平衡时间段内的平均速率V(N2)= =0.375mol·L-1·min-1；

③A．及时分离出NH3，并循环利用原料气，可以提高H2的平衡转化率，故A正确；B．使州催化剂能加快反应速率，但不影响平衡的移动，对H2的转化率无影响，故B错误；C．平衡常数与温度有关，与其他条件无关，温度相同时平衡常数相同，反应是放热反应，温度越高平衡常数越小，则M、Q、R点平衡常数K的大小关系是K（M）=K（Q）＞K（R），故C正确；答案为AC；

④R点总压强为35MPa，NH3的物质的量分数为20%，

N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g)

起始物质的量（mol） 5 15 0

变化物质的量（mol） n 3n 2n

起始物质的量（mol） 5-n 15-3n 2n

NH3的物质的量分数为20%=×100%，解得：n=，则N2的物质的量分数为×100%=，H2的物质的量分数为1- - =，R点平衡常数的计算式Kp= (MPa)-2。