题目内容

【题目】目前Haber-Bosch法是工业合成氨的主要方式,其生产条件需要高温高压。为了有效降低能耗,过渡金属催化还原氮气合成氨被认为是具有巨大前景的替代方法。催化过程一般有吸附—解离—反应—脱附等过程,图示为N2和H2在固体催化剂表面合成氨反应路径的势能面图(部分数据略),其中“*”表示被催化剂吸附。

(1)氨气的脱附是____过程(填“吸热”或“放热”),合成氨的热化学方程式为_____

(2)合成氨的捷姆金和佩热夫速率方程式为 w= k1 p(N2)-k2 ,w为反应的瞬时总速率,为正反应和逆反应速率之差,k1、k2是正、逆反应速率常数。合成氨反应N2+3H22NH3的平衡常数Kp=_________(用k1,k2表示)(注:Kp用各物质平衡分压来表示)。

(3)若将2.0molN2和6.0molH2通入体积为1L的密闭容器中,分别在T1和T2温度下进行反应。曲线A表示T2温度下n(H2)的变化,曲线B表示T1温度下n(NH3)的变化,T2温度下反应到a点恰好达到平衡。

①温度T1___T2 (填“>”、“<”或“=”下同),T1温度下恰好平衡时,曲线B上的点为b(m, n ),则m___12,n__2。

②T2 温度下,反应从开始到恰好平衡时平均速率v(N2) =_____。

③T2温度下,合成氨反应N2+3H22NH3的平衡常数的数值是____;若某时刻,容器内气体的压强为起始时的80%,则此时v(正)____v(逆)(填“>”、“<”或“=”)。

(4)工业上通过降低反应后混合气体的温度而使氨气分离出来。这种分离物质的方法, 其原理类似于下列方法中的___(填序号)。

A.过滤 B.蒸馏 C.渗析 D.萃取

【答案】吸热 N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) △H= -92 kJ·mol-1 > < < 0.083molL-1min-1 0.148 > B

【解析】

(1)由势能面图可知,氨气从催化剂上脱离时势能面在升高,为吸热过程,由图可知0.5mol氮气和1.5mol氢气转变成1mol氨气的反应热为:21 kJ·mol-1-17kJ·mol-1-50 kJ·mol-1=-46 kJ·mol-1,则合成氨的热化学方程式为N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) △H= -92 kJ·mol-1,

故答案为:吸热;N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) △H= -92 kJ·mol-1;

(2)反应达到平衡状态时,正逆反应速率相等,则w = k1 p(N2)-k2=0,k1 p(N2)=k2,整理得:,故答案为:;

(3) ①曲线A表示T2温度下n(H2)的变化,反应到4min时,,该条件下对应氨气的速率为:,曲线B表示T1温度下n(NH3)的变化,4min时,曲线B对应的反应速率快,可知T1>T2,因曲线B对应的温度高,速率快,所以到达平衡的时间比曲线A短,即m<12,但因反应为放热反应,温度升高平衡逆向移动,导致曲线B平衡时氨气的物质的量比曲线A平衡时氨气的物质的量少,即n<2,

故答案为:>;<;<;

②T2 温度下,反应达到平衡时,,v(N2) =,

故答案为:0.083molL-1min-1;

③T2温度下,合成氨反应N2+3H22NH3,根据题中数据列三段式:

平衡常数K=,

由以上计算可知平衡时气体总量为6mol,平衡时气体的压强是起始时的,若某时刻,容器内气体的压强为起始时的80%,反应应向气体体积减小的方向建立平衡即向正向进行,则v(正)>v(逆),故答案为:0.148;>;

(4)工业上通过降低反应后混合气体的温度而使氨气液化后分离出来,是利用了气体的熔沸点差异,将氨气转成液体与氮气和氢气分析,该方法类似于蒸馏,故答案为:B。

练习册系列答案
相关题目

违法和不良信息举报电话:027-86699610 举报邮箱:58377363@163.com

精英家教网