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：

容器	甲	乙	丙
反应物投入量	2molH2、2molN2	4molH2、4molN2	2molNH3
平衡时N2的浓度(mol•L^-1)	c1	1.5	C3
平衡时N2的体积分数	w1	W2	W3
混合气体的密度(g•L^-1)	ρ1	ρ2	ρ3

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）由

可知：①CO(g)+O2(g)=CO2(g)△H=-aKJ•mol；②H2(g)+O2(g)=H2O(g)△H=-bKJ•mol；③C5H12(g)+8O2(g)=5CO2(g)+6H2O(g)△H=-cKJ•mol，由盖斯定律可知：C5H12(g)+5H2O(g)5CO(g)+11H2(g)△H=5①+11②-③=c-5a-11b，故答案为：c-5a-11b；

（2）①a、容器内混合气体的密度一直保持不变，不能作平衡的标志，故选；b、3v正(N2)=v正(H2)═v逆(H2)，达平衡状态，故不选；c、容器内混合气体的平均相对分子质量保持不变，说明气体的物质的量不变，反应达平衡状态，故不选；故选a；

②3H2(g)+N2(g)2NH3(g)

初起(mol•L-1)：2 2 0

变化(mol•L-1)：1.5 0.5 1

平衡(mol•L-1)：0.5 1.5 1

根据v(NH3)===0.05mol•L-1•min-1，

K==5.33，故答案为：0.05mol•L-1•min-1，5.33；

③a、丙相当在甲的基础上减少氢气，平衡逆向移动，氮气的浓度增大，所以cl＞c3，故正确； b、乙相当在甲基础上增大压强，平衡正向移动，所以wl＞w2，故错误；c、根据ρ=，体积相同，气体的质量越大密度越大，m乙＞m甲＞m丙，所以ρ2＞ρ1＞ρ3，故正确；故选ac；

（3）将产物混合气中的氨冷却分离后，剩余气体循环使用，也可以使平衡正向移动，提高反应物的利用率，故答案为：将产物混合气中的氨冷却分离后，剩余气体循环使用

【考点定位】考查热化学方程式；化学平衡的影响因素；化学平衡状态的判断

【名师点晴】本题考查学生盖斯定律的应用、化学平衡移动及平衡常数与计算、合成氨条件的选择等。关键是三段式的应用，要求学生要有扎实的基础知识和灵活应用知识解决问题的能力。对于合成氨条件的选择，要注意条件的选择不都是按照平衡移动原理为依据的，还与工业合成成本，容器的要求，催化剂的活性等因素有关。