Question

【題目】目前Haber-Bosch法是工業(yè)合成氨的主要方式，其生產(chǎn)條件需要高溫高壓。為了有效降低能耗，過(guò)渡金屬催化還原氮?dú)夂铣砂北徽J(rèn)為是具有巨大前景的替代方法。催化過(guò)程一般有吸附—解離—反應(yīng)—脫附等過(guò)程，圖示為N2和H2在固體催化劑表面合成氨反應(yīng)路徑的勢(shì)能面圖(部分?jǐn)?shù)據(jù)略)，其中“*”表示被催化劑吸附。

(1)氨氣的脫附是____過(guò)程(填“吸熱”或“放熱”)，合成氨的熱化學(xué)方程式為_____

(2)合成氨的捷姆金和佩熱夫速率方程式為 w= k1 p(N2)-k2 ，w為反應(yīng)的瞬時(shí)總速率，為正反應(yīng)和逆反應(yīng)速率之差，k1、k2是正、逆反應(yīng)速率常數(shù)。合成氨反應(yīng)N2+3H22NH3的平衡常數(shù)Kp=_________(用k1，k2表示)(注：Kp用各物質(zhì)平衡分壓來(lái)表示)。

(3)若將2.0molN2和6.0molH2通入體積為1L的密閉容器中，分別在T1和T2溫度下進(jìn)行反應(yīng)。曲線A表示T2溫度下n(H2)的變化，曲線B表示T1溫度下n(NH3)的變化，T2溫度下反應(yīng)到a點(diǎn)恰好達(dá)到平衡。

①溫度T1___T2 (填“＞”、“＜”或“＝”下同)，T1溫度下恰好平衡時(shí)，曲線B上的點(diǎn)為b(m， n )，則m___12，n__2。

②T2 溫度下，反應(yīng)從開(kāi)始到恰好平衡時(shí)平均速率v(N2) =_____。

③T2溫度下，合成氨反應(yīng)N2+3H22NH3的平衡常數(shù)的數(shù)值是____；若某時(shí)刻，容器內(nèi)氣體的壓強(qiáng)為起始時(shí)的80%，則此時(shí)v(正)____v(逆)(填“＞”、“＜”或“＝”)。

(4)工業(yè)上通過(guò)降低反應(yīng)后混合氣體的溫度而使氨氣分離出來(lái)。這種分離物質(zhì)的方法， 其原理類(lèi)似于下列方法中的___(填序號(hào))。

A.過(guò)濾 B.蒸餾 C.滲析 D.萃取

Answer 1

【答案】吸熱 N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) △H= -92 kJ·mol-1 ＞ ＜ ＜ 0.083molL-1min-1 0.148 ＞ B

【解析】

(1)由勢(shì)能面圖可知，氨氣從催化劑上脫離時(shí)勢(shì)能面在升高，為吸熱過(guò)程，由圖可知0.5mol氮?dú)夂?/span>1.5mol氫氣轉(zhuǎn)變成1mol氨氣的反應(yīng)熱為：21 kJ·mol-1-17kJ·mol-1-50 kJ·mol-1=-46 kJ·mol-1，則合成氨的熱化學(xué)方程式為N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) △H= -92 kJ·mol-1，

故答案為：吸熱；N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) △H= -92 kJ·mol-1；

(2)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，則w = k1 p(N2)-k2=0，k1 p(N2)=k2，整理得：，故答案為：；

(3) ①曲線A表示T2溫度下n(H2)的變化，反應(yīng)到4min時(shí)，，該條件下對(duì)應(yīng)氨氣的速率為：，曲線B表示T1溫度下n(NH3)的變化，4min時(shí)，曲線B對(duì)應(yīng)的反應(yīng)速率快，可知T1＞T2，因曲線B對(duì)應(yīng)的溫度高，速率快，所以到達(dá)平衡的時(shí)間比曲線A短，即m＜12，但因反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度升高平衡逆向移動(dòng)，導(dǎo)致曲線B平衡時(shí)氨氣的物質(zhì)的量比曲線A平衡時(shí)氨氣的物質(zhì)的量少，即n＜2,

故答案為：＞；＜；＜；

②T2 溫度下，反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，，v(N2) =，

故答案為：0.083molL-1min-1；

③T2溫度下，合成氨反應(yīng)N2+3H22NH3，根據(jù)題中數(shù)據(jù)列三段式：

平衡常數(shù)K=，

由以上計(jì)算可知平衡時(shí)氣體總量為6mol，平衡時(shí)氣體的壓強(qiáng)是起始時(shí)的，若某時(shí)刻，容器內(nèi)氣體的壓強(qiáng)為起始時(shí)的80%，反應(yīng)應(yīng)向氣體體積減小的方向建立平衡即向正向進(jìn)行，則v(正)＞v(逆)，故答案為：0.148；＞；

(4)工業(yè)上通過(guò)降低反應(yīng)后混合氣體的溫度而使氨氣液化后分離出來(lái)，是利用了氣體的熔沸點(diǎn)差異，將氨氣轉(zhuǎn)成液體與氮?dú)夂蜌錃夥治觯�該方法�?lèi)似于蒸餾，故答案為：B。