Question

3．氨是化肥工業(yè)和基礎(chǔ)化工的重要原料．請回答下列問題：
（1）工業(yè)上主要用氮?dú)馀c氫氣在高溫高壓下和車氨，平衡混合物中氨的百分含量與溫度和壓強(qiáng)的關(guān)系如圖所示（其中n（N₂）：n（H₂）=1：3）．
①列式計(jì)算A點(diǎn)合成氨反應(yīng)的平衡常數(shù)K_p（A）=$\frac{16}{27}$（用平衡分壓代替平衡濃度計(jì)算），圖中A，B，C三點(diǎn)平衡常數(shù)K_p（A），K_p（B），K_p（C）的關(guān)系是Kp（A）=Kp（C）＞Kp（B）．
②圖中p₁，p₂，p₃，p₄，p₅的大小順序?yàn)閜₁＞p₂＞p₃＞p₄＞p₅．
③常溫下工業(yè)原料氣的平衡轉(zhuǎn)化率比500℃高得多，實(shí)際生產(chǎn)時(shí)不采用常溫的原因是反應(yīng)速率慢，催化劑活性低，經(jīng)濟(jì)效益低．
（2）已知：
N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.2kJ•mol^-1
N₂（g）+2O₂（g）?2NO₂（g）△H=+67.7kJ•mol^-1
2H₂（g）+O₂（g）?2H₂O（l）△H=-571.6kJ•mol^-1
則8NH₃（g）+6NO₂（g）?7N₂（g）+12H₂O（I）△H=-3263.9kJ•mol^-1．

Answer 1

分析 （1）①依據(jù)圖象可知A點(diǎn)氨氣平衡含量為50%，其中n（N₂）：n（H₂）=1：3，據(jù)此計(jì)算此時(shí)氨氣物質(zhì)的量，用平衡分壓代替平衡濃度計(jì)算，可以利用氣體物質(zhì)的量計(jì)算平衡常數(shù)，平衡常數(shù)隨溫度變化，圖象變化趨勢可知隨溫度升高，氨氣含量減小，說明反應(yīng)是放熱反應(yīng)，B點(diǎn)溫度高平衡常數(shù)�。�
②工業(yè)上主要用氮?dú)馀c氫氣在高溫高壓下合成氨的反應(yīng)是氣體體積減小的放熱反應(yīng)，壓強(qiáng)越大平衡正向進(jìn)行程度越大；
③合成氨的反應(yīng)是氣體體積減小的放熱反應(yīng)，常溫下工業(yè)原料氣的平衡轉(zhuǎn)化率比500℃高得多，但反應(yīng)速率和催化劑的催化作用小，經(jīng)濟(jì)效益低；
（2）依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)算所需熱化學(xué)方程式得到反應(yīng)的焓變；

解答 解：①依據(jù)圖象可知A點(diǎn)氨氣平衡含量為50%，其中n（N₂）：n（H₂）=1：3，據(jù)此計(jì)算此時(shí)氨氣物質(zhì)的量，設(shè)氨氣物質(zhì)的量為x，得到
         N₂+3H₂═2NH₃
平衡：1   3    x     
$\frac{x}{1+3+x}$=50%  
x=4 
因?yàn)椋簤簭?qiáng)之比等于物質(zhì)的量之比
所以：Kp（A）=$\frac{{P}^{2}（N{H}_{3}）}{P（{N}_{2}）{P}^{3}（{H}_{2}）}$=$\frac{{4}^{2}}{1×{3}^{3}}$=$\frac{16}{27}$
平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，溫度升高，平衡常數(shù)減小，用平衡分壓代替平衡濃度計(jì)算，可以利用氣體物質(zhì)的量計(jì)算平衡常數(shù)，平衡常數(shù)隨溫度變化，圖象變化趨勢可知隨溫度升高，氨氣含量減小，說明反應(yīng)是放熱反應(yīng)，B點(diǎn)溫度高平衡常數(shù)小，所以：Kp（A）=Kp（C）＞Kp（B），
故答案為：$\frac{16}{27}$，Kp（A）=Kp（C）＞Kp（B）；
②工業(yè)上主要用氮?dú)馀c氫氣在高溫高壓下合成氨的反應(yīng)是氣體體積減小的放熱反應(yīng)，壓強(qiáng)越大平衡正向進(jìn)行程度越大，圖象分析可知在溫度一定時(shí)壓強(qiáng)越大平衡正向進(jìn)行氨氣的含量增大，所以壓強(qiáng)大小為p₁＞p₂＞p₃＞p₄＞p₅ ，
故答案為：p₁＞p₂＞p₃＞p₄＞p₅；
③合成氨的反應(yīng)是氣體體積減小的放熱反應(yīng)，常溫下工業(yè)原料氣的平衡轉(zhuǎn)化率比500℃高得多，但反應(yīng)速率和催化劑的催化作用小，經(jīng)濟(jì)效益低，實(shí)際生產(chǎn)時(shí)不采用常溫的原因是反應(yīng)速率慢，催化劑活性低，經(jīng)濟(jì)效益低，
故答案為：反應(yīng)速率慢，催化劑活性低，經(jīng)濟(jì)效益低；
（2）①N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.2kJ•mol^-1
②N₂（g）+2O₂（g）?2NO₂（g）△H=+67.7kJ•mol^-1
③2H₂（g）+O₂（g）?2H₂O（l）△H=-571.6kJ•mol^-1
（③×2-②）×3-①×4得到：8NH₃（g）+6NO₂（g）?7N₂（g）+12H₂O（I）△H=-3263.9KJ/mol，
故答案為：-3263.9．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了化學(xué)平衡常數(shù)的影響因素和計(jì)算分析，圖象的理解應(yīng)用和影響化學(xué)平衡的因素，熱化學(xué)方程式書寫方法，掌握基礎(chǔ)是關(guān)鍵，題目難度中等．