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的密闭容器中，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15分钟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t₁起点时的坐标（_________，_________）以及在t₂平衡时的坐标（_________，_________）。并在图中画出在t₁—t₂之间氢气的物质的量变化曲线。

（3）为达到图示中t₂的平衡状态，在t₁—t₂之间需要采取的措施是_________。

a.扩大容器的体积

b.升高温度

c.降低温度

d.缩小容器的体积

（4）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)= _________∶_________。

（5）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

0.02 mol·L^-1·min^-1

（2）分离氨气、补充物质的量之比为n(N₂)∶n(H₂)=1∶3.3的氮气和氢气  25  3.33  50  3.03

（3）a、b

（4）n(N₂)∶n(H₂)  3  11

α(N₂)∶α(H₂)=11∶10

（5）1∶3

图象

解析：(1)由图知n(N₂)∶n(H₂)=1∶3.3

 

(2)由图象的变化趋势知，分离NH₃，并按比例补充反应混合气体，

坐标求算：N₂    —    3H₂

1           3

0.1 mol      n(H₂)

n(H₂)=0.33 mol

所以t₁时，n(H₂)=3.0 mol+0.33 mol=3.33 mol，坐标（25，3.33)。

50 min平衡时，n(N₂)减少0.1 mol,所以n(H₂)减少0.3 mol,坐标（50，3.03)。

(3)从影响平衡的因素考虑，选ab。

（4）循环推算n(N₂)∶n(H₂)=3∶11,转化率==1∶3。

（5）据（2）（4）数据，知最佳原料比1∶3。