题目内容
【题目】氮的固定以及利用氨合成其他含氮化合物是几百年来科学家一直研究的课题。
(1)下表列举了不同温度下大气固氮和工业固氮的部分K值。
反应 | 大气固氮 N2(g)＋O2(g) | 工业固氮 N2(g)＋3H2(g) | |||
温度/℃ | 27 | 2 000 | 25 | 400 | 450 |
K | 3.8×10－31 | 0.1 | 5×108 | 0.507 | 0.152 |
①分析数据可知：大气固氮反应属于____________(填“吸热”或“放热”)反应。
②分析数据可知：人类不适合大规模模拟大气固氮的原因______________________________________。
③在500 ℃、2.02×107 Pa和铁催化条件下向一密闭容器中充入1 mol N2和3 mol H2，充分反应后，放出的热量________(填“大于”、“小于”或“等于”)92.4 kJ。
(2)工业固氮反应中，在其他条件相同时，分别测定N2的平衡转化率在不同压强(p1、p2)下随温度变化的曲线，如图所示的图示中，正确的是___________(填“A”或“B”)；比较p1、p2的大小关系：___________。
(3)在一定温度下，将1 mol N2和3 mol H2混合置于体积不变的密闭容器中发生工业合成氨反应，达到平衡状态时，测得气体总物质的量为2.8 mol。
①达平衡时，H2的转化率α1＝_____________。
②已知平衡时，容器压强为8MPa，则平衡常数Kp＝_________________。(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数)。
③为提高H2的转化率，实际生产中宜采取的措施有______________(填字母)。
A．降低温度 B．最适合催化剂活性的适当高温 C．适当增大压强
D．减小压强 E．循环利用和不断补充氮气 F．及时移出氨
【答案】吸热 K值小，正向进行的程度小(或转化率低)，不适合大规模生产 小于 A p2>p1 60% 49/192(MPa)2 CEF
【解析】
（1）①温度越高，K越大，说明升高温度，平衡正移；
②K值很小，转化率很小；
③热化学反应中指完全转化的热效应，而可逆反应不能完全转化；
（2）合成氨反应为放热反应，升高温度，转化率减小；增大压强平衡正向移动，转化率增大；
（3）①根据平衡三段式法列式计算；
②根据平衡时各物质的压强之比等于其物质的量之比计算；
③根据化学平衡移动原理分析。
（1）①由表格数据可知，温度越高，K越大，说明升高温度，平衡正移，则正反应方向为吸热反应，故答案为：吸热；
②由表格数据可知，当温度升高到2000℃时，K=0.1，K值很小，则转化率很小，不适合大规模生产，所以人类不适合大规模模拟大气固氮，故答案为：K值小，正向进行的程度小（或转化率低），不适合大规模生产；
③热化学反应中指完全转化的热效应，而可逆反应不能完全转化，则向一密闭容器中充入1molN2和3molH2，充分反应后，放出的热量小于92.4kJ；
（2）合成氨反应为放热反应，升高温度，转化率减小，所以图A正确，B错误；该反应正方向为体积减小的方向，增大压强平衡正向移动，转化率增大，р2的转化率大，则р2大；故答案为：A；р2＞р1；
（3）①设参加反应的氮气物质的量为xmol，
该反应中N2（g）+3H2（g）
2NH3（g）
起始（mol）1 3 0
变化（mol） x 3x 2x
平衡（mol） 1-x 3-3x 2x
列式可得：（1-x）+（3-3x）+2x=2.8，x=0.6，
则氮气转化率=
×100%=60%，当加入反应物的物质的量之比等于其计量数之比时，反应物的转化率相等，所以氢气的转化率也是60%；
②平衡时各物质的压强之比等于其物质的量之比，所以P（N2）=
×8MPa=
MPa，
P（H2）=
×8MPa=
MPa，
P（NH3）=
×8MPa=MPa，
化学平衡常数Kp=
=
=
(MPa)2=0.26(MPa)2；
③因增大反应物的浓度，减少生成物的浓度，增大压强，降低温度工业合成氨反应向正反应方向移动，氢气的转化率提高，但在实际生产中不能用低温，因为温度低化学反应速率慢，故答案为：CEF。
