科學(xué)家一直致力于研究常溫、常壓下“人工固氮”的新方法。曾有實(shí)驗(yàn)報(bào)道:在常溫、常壓、光照條件下,N2在催化劑(摻有少量Fe2O3的TiO2)表面與水發(fā)生反應(yīng),生成的主要產(chǎn)物為NH3。進(jìn)一步研究NH3生成量與溫度的關(guān)系,部分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見下表(光照、N2壓力1.0×105 Pa、反應(yīng)時(shí)間3 h):

T/K

303

313

323

353

NH3生成量/(10-6 mol)

4.8

5.9

6.0

2.0

相應(yīng)的熱化學(xué)方程式如下:

N2(g)+3H2O(l)===2NH3(g)+O2(g)

ΔH=765.2 kJ·mol-1

回答下列問題:

(1)請畫出上述反應(yīng)在有催化劑與無催化劑兩種情況下反應(yīng)過程中體系能量變化示意圖,并進(jìn)行必要標(biāo)注。

(2)與目前廣泛使用的工業(yè)合成氨方法相比,該方法中固氮反應(yīng)速率慢。請?zhí)岢隹商岣咂浞磻?yīng)速率且增大NH3生成量的建議:

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(3)工業(yè)合成氨的反應(yīng)為N2(g)+3H2(g)2NH3(g)。設(shè)在容積為2.0 L的密閉容器中充入0.60 mol N2(g)和1.60 mol H2(g),反應(yīng)在一定條件下達(dá)到平衡時(shí),NH3的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)(NH3的物質(zhì)的量與反應(yīng)體系中總的物質(zhì)的量之比)為。計(jì)算:

①該條件下N2的平衡轉(zhuǎn)化率;

②該條件下反應(yīng)2NH3(g)N2(g)+3H2(g)的平衡常數(shù)。


(1)

(2)升溫、增大N2濃度、不斷移出生成物

(3)①66.7% ②5.0×10-3 mol2·L-2

解析 (1)催化劑能降低反應(yīng)的活化能,改變反應(yīng)的歷程,使一個(gè)高能變過程變?yōu)閹讉(gè)能量相對低的過程,使反應(yīng)易發(fā)生。要點(diǎn)是有催化劑時(shí)能量低而過程階段多了。圖見答案。

(2)加快反應(yīng)速率且增大NH3生成量的方法是升溫、增大N2濃度、不斷移出生成物。

(3)解:①設(shè)反應(yīng)過程消耗x mol N2(g)。

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

   0.60       1.60              0

  0.60-x     1.60-3x          2x

平衡時(shí)反應(yīng)體系總物質(zhì)的量=[(0.60-x)+(1.60-3x)+2x] mol=(2.20-2x) mol

NH3(g)的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)=2x÷(2.20-2x)=

x=0.40

N2的平衡轉(zhuǎn)化率=×100%=66.7%

②設(shè)反應(yīng)2NH3(g)N2(g)+3H2(g)的平衡常數(shù)為K。平衡時(shí),[NH3]=2×0.40 mol÷2.0 L=0.40 mol·L-1

[N2]=(0.60-0.40) mol÷2.0 L=0.10 mol·L-1

[H2]=(1.60-3×0.40) mol÷2.0 L=0.20 mol·L-1

K=[(0.10 mol·L-1

(0.20 mol·L-1)3]÷(0.40 mol·L-1)2

=5.0×10-3 mol2·L-2


練習(xí)冊系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中化學(xué) 來源: 題型:


Al、Fe、Cu都是重要的金屬元素,下列說法正確的是(  )

A.三者對應(yīng)的氧化物均為堿性氧化物

B.三者的單質(zhì)放置在空氣中均只生成氧化物

C.制備AlCl3、FeCl3、CuCl2均不能采用將溶液直接蒸干的方法

D.電解AlCl3、FeCl3、CuCl2的混合溶液時(shí)陰極上依次析出Cu、Fe、Al

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:


常溫下,下列四種溶液:①1 mol·L-1的鹽酸、0.1 mol·L-1的鹽酸、0.01 mol·L-1的NaOH溶液、0.001 mol·L-1的NaOH溶液。四種溶液中,由水電離生成的[H]之比為(  )                 

A.1∶10∶100∶1 000                B.0∶1∶12∶11

C.14∶13∶12∶11                   D.14∶13∶2∶1

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:


下列有關(guān)合成氨工業(yè)的敘述,可用勒·夏特列原理來解釋的是(  )

A.使用鐵觸媒,使N2和H2混合氣體有利于合成氨

B.高壓比常壓條件更有利于合成氨的反應(yīng)

C.500℃左右比室溫更有利于合成氨的反應(yīng)

D.合成氨時(shí)采用循環(huán)操作,可提高原料的利用率

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:


對于合成氨的反應(yīng),使用催化劑和施加高壓,下列敘述中,正確的是(  )

A.都能提高反應(yīng)速率,都對化學(xué)平衡狀態(tài)無影響

B.都對化學(xué)平衡狀態(tài)有影響,都不影響達(dá)到平衡狀態(tài)所用的時(shí)間

C.都能縮短達(dá)到平衡狀態(tài)所用的時(shí)間,只有壓強(qiáng)對化學(xué)平衡狀態(tài)有影響

D.催化劑能縮短反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)所用的時(shí)間,而壓強(qiáng)無此作用

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:


在100 mL 0.01 mol·L-1 KCl溶液中,加入1 mL 0.01 mol·L-1 AgNO3溶液,下列說法正確的是(AgCl的Ksp=1.8×10-10 mol2·L-2)(  )

A.有AgCl沉淀析出                    B.無AgCl沉淀

C.無法確定                            D.有沉淀但不是AgCl

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:


AgCl和Ag2CrO4的溶度積分別為1.8×10-10 mol2·L-2和2.0×10-12 mol3·L-3,若用難溶鹽在溶液中的濃度來表示其溶解度,則下面的敘述中正確的是(  )

A.AgCl和Ag2CrO4的溶解度相等

B.AgCl的溶解度大于Ag2CrO4的溶解度

C.兩者類型不同,不能由Ksp的大小直接判斷溶解能力的大小

D.都是難溶鹽,溶解度無意義

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:


下圖中電極a、b分別為Ag電極和Pt電極,電極c、d都是石墨電極。通電一段時(shí)間后,在c、d兩極上共收集到336 mL (標(biāo)準(zhǔn)狀況)氣體;卮穑

(1)直流電源中,M為__________極。

(2)Pt電極上生成的物質(zhì)是________,其質(zhì)量為__________________________g。

(3)電源輸出的電子,其物質(zhì)的量與電極b、c、d分別生成的物質(zhì)的物質(zhì)的量之比為2∶______∶______∶________。

(4)AgNO3溶液的濃度________(填“增大”、“減小”或“不變”,下同),AgNO3溶液的pH______,硫酸的濃度__________________________,硫酸的pH________。

(5)若硫酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)由5.00%變?yōu)?.02%,則原有5.00%的硫酸________g。

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:


下列溶液中各微粒的濃度關(guān)系正確的是  )。

A.等pH的氨水、KOH溶液、BaOH)2溶液中:cNH)=cK+)=cBa2+)

B.將10 mL 0.1 mol·L-1Na2CO3溶液逐滴滴入10 mL 0.1 mol·L-1鹽酸中:cNa+)>cCl-)>cHCO)>cCO)

C.向NH4HCO3溶液中滴加NaOH溶液至pH=7:cNH)+cNa+)=cHCO)+cCO)

D.0.2 mol·L-1某一元弱酸HA溶液和0.1 mol·L-1NaOH溶液等體積混合后的溶液:2cOH-)+cA-)=2cH+)+cHA)

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