Question

氨是最重要的氮肥，是產(chǎn)量最大的化工產(chǎn)品之一．課本里介紹的合成氨技術(shù)叫哈伯法，是德國(guó)人哈伯在1905年發(fā)明的，其合成原理為：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）；△H＜0他因此獲得了1918年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)．工業(yè)上合成氨的部分工藝流程如圖1：

反應(yīng)體系中各組分的部分性質(zhì)見下表：

氣體	氮?dú)?/TD>	氫氣	氨
熔點(diǎn)（℃）	-210.01	-252.77	-77.74
沸點(diǎn)（℃）	-195.79	-259.23	-33.42

（1）合成氨反應(yīng)的平衡常數(shù)很小，所以在工業(yè)上采取氣體循環(huán)的流程．即反應(yīng)后通過把混合氣體的溫度降低到

 

使混合氣體分離出來產(chǎn)品；繼續(xù)循環(huán)的氣體是

 

．寫出該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式：K=

 

．
（2）運(yùn)用化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡的觀點(diǎn)說明工業(yè)上采取用上述實(shí)際生產(chǎn)措施的理由：

 

．
（3）已知拆開1molH-H鍵，1molN-H鍵，1molN≡N鍵分別需要的能量是436kJ、391kJ、946kJ，則N₂與H₂反應(yīng)生成NH₃的熱化學(xué)方程式為

 

．
（4）合成氨工業(yè)對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展具有重要的意義．對(duì)于密閉容器中的反應(yīng)：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g），673K，30MPa下n（NH₃）和n（H₂）隨時(shí)間變化的關(guān)系如圖2所示．下列敘述正確的是

 

A．點(diǎn)a的正反應(yīng)速率比點(diǎn)b的大
B．點(diǎn) c處反應(yīng)達(dá)到平衡
C．點(diǎn)d（t₁時(shí)刻） 和點(diǎn) e （t₂時(shí)刻） 處n（N₂）不一樣
D．其他條件不變，773K下反應(yīng)至t₁時(shí)刻，n（H₂）比圖2中d點(diǎn)的值大
（5）1998年希臘亞里斯多德大學(xué)的Marmellos和Stoukides采用高質(zhì)子導(dǎo)電性的SCY陶瓷（能傳遞H⁺），實(shí)現(xiàn)了高溫常壓下高轉(zhuǎn)化率的電化學(xué)合成氨．其實(shí)驗(yàn)裝置如圖3．陰極的電極反應(yīng)式

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：工業(yè)合成氨,常見化學(xué)電源的種類及其工作原理,化學(xué)平衡的調(diào)控作用,物質(zhì)的量或濃度隨時(shí)間的變化曲線

專題：化學(xué)平衡專題

分析：（1）根據(jù)氨氣易液化來解答；
（2）根據(jù)濃度對(duì)化學(xué)平衡的影響以及對(duì)原料利用率的影響來分析；
（3）依據(jù)化學(xué)方程式結(jié)合反應(yīng)熱=反應(yīng)物的總鍵能-生成物的總鍵能計(jì)算反應(yīng)熱，標(biāo)注物質(zhì)聚集狀態(tài)寫出熱化學(xué)方程式；
（4）在N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）反應(yīng)中，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，反應(yīng)物的物質(zhì)的量逐漸減少，生成物的物質(zhì)的量逐漸增多，當(dāng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，反應(yīng)物的生成物的物質(zhì)的量不再改變，曲線為水平直線，以此判斷；
（5）陰極發(fā)生還原反應(yīng)，氮?dú)庠陉帢O上放電，與氫離子結(jié)合生成氨氣．

解答： 解：（1）氨氣的沸點(diǎn)是-33.42，可以將溫度降低到-33.42，氨氣液化，轉(zhuǎn)變成液體分離出來，氫氣和氮?dú)饪梢栽傺�環(huán)利用，平衡常數(shù)表達(dá)式為：

c2(NH3)

c(N2)?c3(H2)

，故答案為：-33.42；N₂、H₂；

c2(NH3)

c(N2)?c3(H2)

；
（2）生成物的濃度減少，平衡正向移動(dòng)，所以及時(shí)分離出氨氣，平衡正向移動(dòng)，提高氨氣的產(chǎn)率；循環(huán)利用氮?dú)夂蜌錃�，提高氮�(dú)夂蜌錃獾霓D(zhuǎn)化率，
故答案為：及時(shí)分離出氨氣，平衡正向移動(dòng)，提高氨氣的產(chǎn)率，且循環(huán)利用氮?dú)夂蜌錃猓�提高氮�(dú)夂蜌錃獾霓D(zhuǎn)化率；
（3）拆開1mol H-H鍵，1mol N-H鍵，1mol N≡N鍵分別需要的能量是436kJ、391kJ、946kJ，化學(xué)方程式為N₂+3H₂?2NH₃，依據(jù)化學(xué)方程式計(jì)算反應(yīng)熱為946kJ/mol+3×436kJ/mol-6×391kJ/mol=-92KJ/mol，反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92 kJ?mol^-1，
故答案為：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92 kJ?mol^-1；
（4）A、隨著反應(yīng)的進(jìn)行，反應(yīng)物的濃度之間減小，反應(yīng)速率逐漸減小，則a點(diǎn)的正反應(yīng)速率比b點(diǎn)大，故A正確；
B、c點(diǎn)反應(yīng)物和生成物物質(zhì)的量仍在變化，沒有達(dá)到平衡狀態(tài)，故B錯(cuò)誤；
C、d點(diǎn)和e點(diǎn)都處于平衡狀態(tài)，n（N₂）不變，d點(diǎn)和e點(diǎn)n（N₂）相等，故C錯(cuò)誤；
D、該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，所以平衡時(shí)氫氣的物質(zhì)的量比d點(diǎn)的值大，故D正確；
故答案為：AD；
（5）陰極發(fā)生還原反應(yīng)，氮?dú)庠陉帢O上放電，與氫離子結(jié)合生成氨氣，電極反應(yīng)式為N₂+6e^-+6H⁺=2NH₃，故答案為：N₂+6e^-+6H⁺=2NH₃

點(diǎn)評(píng)：本題主要考查了濃度對(duì)化學(xué)平衡的影響、熱化學(xué)方程式的書寫以及化學(xué)平衡圖象問題，題目難度不大，分析圖象中時(shí)各物理量的變化曲線，把握平衡狀態(tài)的特征為解答該題的關(guān)鍵．