Question

合成氨的溫度和壓強通�？刂圃诩s500℃以及20 MPa～50 MPa的范圍，當進入合成塔的N₂和H₂的體積比為1∶3時，經科學實驗測定，在相應條件下N₂和H₂反應所得氨的平衡濃度(體積分數)如下表所示：

而實際上從合成塔出來的混合氣體中含有氨約為15%。

請回答下列問題：

(1)298 K下合成氨時，每生成1 mol氨氣，同時放出46.2 kJ的熱量，則該反應的熱化學方程式為_________________________________________________。

在該溫度下，取1 mol N₂和3 mol H₂放在一密閉容器中，在催化劑存在的條件下進行反應，測得反應放出的熱量總小于92.4 kJ，其原因是______________。

(2)實際上從合成塔出來的混合氣體中氨的體積分數小于理論值的根本原因是_______________。

A.表中所測數據有明顯誤差

B.生產條件控制不當

C.氨的分解速率大于預測值

D.合成塔中的反應未達到平衡狀態(tài)

(3)若工業(yè)生產中N₂和H₂按投料比1∶2.8的比例進入合成塔，那么轉化率較大的應該是_________，采用此投料比的原因是______________，

若從合成塔出來的混合氣體中氨的體積分數仍為15%，則N₂和H₂的轉化率之比是__________。

Answer 1

(1)根據題意，生成2 mol NH₃所放出的熱量為46.2 kJ×2=92.4 kJ，該反應的熱化學方程式為N₂(g)+3H₂(g)2NH₃(g)   ΔH=-92.4 kJ·mol^-1。

由于合成氨的反應是一個可逆反應，1 mol N₂和3 mol H₂反應不可能完全轉化為NH₃，所以放出的熱量總小于92.4 kJ。

(2)從合成塔出來的混合氣體中氨的體積分數小于理論值，其根本原因是反應沒有達到平衡狀態(tài)。

(3)若投料比為1∶2.8，相當于增加了N₂的用量，可以提高H₂的轉化率。

N₂(g)   +   3H₂(g)  2NH₃(g)

起始量    1           2.8        0

變化量    x           3x         2x

平衡量    1-x         2.8-3x     2x

根據題意：解得x≈0.248。

N₂、H₂的轉化率之比

答案：(1)N₂(g)+3H₂(g)2NH₃(g)    ΔH=-92.4 kJ·mol^-1

合成氨的反應是一個可逆反應，1 mol N₂和3 mol H₂反應不可能完全轉化為NH₃

(2)D        (3)H₂             增加相對廉價原料N₂的用量，提高相對貴重原料H₂的轉化率，降低生產成本       1∶1.07