Question

在實驗室中進行合成氨工業(yè)的模擬實驗，當(dāng)反應(yīng)進行一段時間，并建立相應(yīng)的平衡以后，及時分離出氨并補充與起始原料比相同的氮氣和氫氣，以實現(xiàn)連續(xù)的生產(chǎn)過程，在1 L的密封容器中，在一定條件下發(fā)生如下反應(yīng)：N₂(g)+3H₂(g)2NH₃(g)；ΔH＜0

請根據(jù)圖示回答下列問題：

(1)反應(yīng)起始時，氮氣與氫氣的物質(zhì)的量之比n(N₂)∶n(H₂)＝___________。在25 min時合成氨反應(yīng)第一次達到平衡，其間以H₂的濃度變化所表示的平均化學(xué)反應(yīng)速率為_________。

(2)在t₁時，曲線發(fā)生變化的原因是_______________、_______________。請計算氫氣在變化后t₁起點時的坐標(biāo)(___________，___________)以及在t₂平衡時的坐標(biāo)(___________，___________)。

(3)經(jīng)歷十次上述的循環(huán)過程，計算在t₁1達到平衡時，N₂和H₂的物質(zhì)的量之比n(N₂)∶n(H₂)＝___________，整個過程中N₂和H₂的總轉(zhuǎn)化率之比α(N₂)∶α(H₂)＝___________。

(4)根據(jù)以上計算結(jié)果，請你建議合成氨反應(yīng)的最佳原料比是：n(N₂)∶n(H₂)＝_________。

Answer 1

(1)1∶3.3  0.012 mol·L^-1·min^-1

(2)分離氨，補充氮氣和氫氣  (25，3.33)  (50，3.03)

(3)3∶11  11∶10 

(4)1∶3

解析：(1)v(H₂)==0.012 mol·L^-1·min^-1

(2)由圖象知，t₁時分離出了氨，并補充了氮氣和氫氣。

             N₂    +    3H₂2NH₃

開始        1.0         3.3

反應(yīng)        0.1         0.3            0.2

平衡        0.9         3.0            0.2

t₁時補充N₂ 0.1 mol，則需補充H₂ 0.33 mol，所以t₁時H₂坐標(biāo)為(25，3.33)，t₂平衡時H₂的坐標(biāo)為(50，3.03)。

(3)H₂每次循環(huán)增加0.03 mol，十次增加0.3 mol，所以十次循環(huán)后N₂為1.0 mol，H₂為3.6 mol，當(dāng)t₁₁達到平衡時，n(N₂)∶n(H₂)=0.9∶3.3=3∶11。

設(shè)循環(huán)了n次，α(N₂)=，α(H₂)=，所以α(N₂)∶α(H₂)=11∶10。