Question

在实验室中进行合成氨工业的模拟实验，当反应进行一段时间，并建立相应的平衡以后，及时分离出氨并补充与起始原料比相同的氮气和氢气，以实现连续的生产过程，在1 L的密封容器中，在一定条件下发生如下反应：N₂(g)+3H₂(g)2NH₃(g)；ΔH＜0

请根据图示回答下列问题：

(1)反应起始时，氮气与氢气的物质的量之比n(N₂)∶n(H₂)＝___________。在25 min时合成氨反应第一次达到平衡，其间以H₂的浓度变化所表示的平均化学反应速率为_________。

(2)在t₁时，曲线发生变化的原因是_______________、_______________。请计算氢气在变化后t₁起点时的坐标(___________，___________)以及在t₂平衡时的坐标(___________，___________)。

(3)经历十次上述的循环过程，计算在t₁1达到平衡时，N₂和H₂的物质的量之比n(N₂)∶n(H₂)＝___________，整个过程中N₂和H₂的总转化率之比α(N₂)∶α(H₂)＝___________。

(4)根据以上计算结果，请你建议合成氨反应的最佳原料比是：n(N₂)∶n(H₂)＝_________。

Answer 1

(1)1∶3.3  0.012 mol·L^-1·min^-1

(2)分离氨，补充氮气和氢气  (25，3.33)  (50，3.03)

(3)3∶11  11∶10 

(4)1∶3

解析：(1)v(H₂)==0.012 mol·L^-1·min^-1

(2)由图象知，t₁时分离出了氨，并补充了氮气和氢气。

             N₂    +    3H₂2NH₃

开始        1.0         3.3

反应        0.1         0.3            0.2

平衡        0.9         3.0            0.2

t₁时补充N₂ 0.1 mol，则需补充H₂ 0.33 mol，所以t₁时H₂坐标为(25，3.33)，t₂平衡时H₂的坐标为(50，3.03)。

(3)H₂每次循环增加0.03 mol，十次增加0.3 mol，所以十次循环后N₂为1.0 mol，H₂为3.6 mol，当t₁₁达到平衡时，n(N₂)∶n(H₂)=0.9∶3.3=3∶11。

设循环了n次，α(N₂)=，α(H₂)=，所以α(N₂)∶α(H₂)=11∶10。