Question

合成氨工業(yè)的反應為：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）；△H＜0工業(yè)合成氨生產示意圖如圖1所示．

（1）寫出該反應的化學平衡常數表達式：K=______．隨著溫度升高，K值______（填增大、減小、不變）
（2）Y的主要成分為______；
（3）化工生產條件選定的主要原因是（選填字母序號）______；
A．溫度、壓強對化學平衡的影響；
B．鐵觸媒在該溫度時活性大；
C．工業(yè)生產受動力、材料、設備等條件的限制．
（4）改變反應條件，會使平衡發(fā)生移動．如圖2象表示隨條件改變，氨氣的百分含量的變化趨勢．
當橫坐標為壓強時，變化趨勢正確的是（選填字母序號）______，
當橫坐標為溫度時，變化趨勢正確的是（選填字母序號）______．
（5）合成氨工廠常通過測定反應前后的混合氣體密度來確定氮的轉化率．某工廠測得合成塔中N₂、H₂的密度為0.5536g/L（標準狀況），從合成塔中出來的混合氣體密度為0.693g/L．則該合成氨廠N₂的轉化率為多少？．

Answer 1

解：（1）根據平衡常數的書寫要求，該反應的化學平衡常數表達式K=，溫度升高，平衡逆向移動，c（NH₃）減小，c（N₂）、c（H₂）增大，所以平衡常數減小，故答案為：，減��；
（2）Y的主要成分為NH₃分離后的N₂、H₂，故答案為：N₂、H₂；
（3）若要加快化學反應速率及平衡正向移動，應選擇高溫、高壓、催化劑，但催化劑鐵觸媒在500℃時活性最大，加壓有利于平衡正向移動，但對動力、材料、設備等條件要求高，所以壓強不能太大，故答案為：BC；
（4）當橫坐標為壓強時，因為增大壓強，平衡正向移動，NH₃含量增大，變化趨勢正確的是b，當橫坐標為溫度時，因為反應正向放熱，升溫，平衡逆向移動，NH₃含量降低，變化趨勢正確的是a，故答案為：b，a
（5）設反應前混合氣體中氮氣的物質的量分數為x，氫氣物質的量分數為（1-x），依題意得：
28x+2（1-x）=0.5536×22.4 解得x=0.4
所以N₂、H₂的物質的量之比為2：3
設起始N₂的物質的量為2mol，H₂為3 mol，N₂的轉化量為y
N₂ +3H₂ ?2NH₃
2 3 0
y 3y 2y
2-y 3-3y 2y
總物質的量=2-y+3-3y+2y=（5-2y）mol
=0.693×22.4（左右都是反應后氣體的摩爾質量）
y=0.5 mol
所以N₂的轉化率為×100%=25%，故答案為：25%．
分析：（1）平衡常數指生成物濃度的系數次冪之積與反應物濃度系數次冪之積的比值；根據溫度升高，平衡逆向移動來判斷；
（2）根據該反應為可逆反應以及Y可循環(huán)使用；
（3）根據外界條件對化學反應速率及平衡的影響，同時還要考慮實際情況；
（4）根據增大壓強，平衡正向移動，NH₃含量增大；根據升高溫度，平衡逆向移動，NH₃含量降低；
（5）先根據M=ρVm計算混合氣體的平均摩爾質量，根據十字交叉法計算反應前混合氣體中N₂和H₂的體積比，然后根據M=ρVm=求出轉化率；
點評：本題主要考查平衡常數的概念、平衡移動的判斷與計算，難度不大，注意三段式解題法的利用．