Question

8．合成氨技术的发明使工业化人工固氮成为现实．
（1）已知N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.2kJ•mol^-1．在一定条件下反应时，当生成标准状况下33.6L NH₃时，放出的热量为69.15kJ．
（2）合成氨混合体系在平衡状态时NH₃的百分含量与温度的关系如图所示．由图可知：
①温度T₁、T₂时的平衡常数分别为K₁、K₂，则K₁＞K₂ （填“＞”或“＜”）．若在恒温、恒压条件下，向平衡体系中通入氦气，平衡向左移动（填“向左”、“向右”或“不”）．
②见右图，T₂温度时，在1L的密闭容器中加入2.1mol N₂、1.5mol H₂，经10min达到平衡，则v（H₂）=0.09mol/（L．min）达到平衡后，如果再向该容器内通入N₂、H₂、NH₃各0.4mol，则平衡向右移动（填“向左”、“向右”或“不”）．
（3）工业上用CO₂和NH₃反应生成尿素：CO₂（g）+2NH₃（g）?H₂O（l）+CO（NH₂）₂（l）△H，在一定压强下测得如下数据：

温度/℃ CO2转化率% $\frac{n（N{H}_{3}）}{n（C{O}_{2}）}$	100	150	200
1	19.6	27.1	36.6
1.5	a	b	c
2	d	e	f

①则该反应△H＞0，表中数据a＜d，b＜f（均选填“＞”、“=”或“＜”）．
②从尿素合成塔内出来的气体中仍含有一定量的CO₂、NH₃，应如何处理？净化后重新充入合成塔内，循环利用，提高原料利用率．

Answer 1

分析 （1）依据热化学方程式定量关系计算分析，氨气的物质的量n=$\frac{V}{{V}_{m}}$，然后结合热化学方程式计算得到；
（2）①图象分析，A点氨气含量大于B点，说明温度越高，氨气含量越少，平衡逆向进行，平衡常数减小，恒温恒压加入惰性气体，体积增大压强减小，平衡向气体体积增大的分析进行，逆向进行；
②依据平衡转化率计算生成的氨气，结合平衡三段式列式计算，反应速率v$\frac{△c}{△t}$，依据平衡常数概念和平衡浓度计算得到，依据题干浓度计算浓度商和平衡常数比较；
（3）①分析图表当氨气和二氧化碳物质的量之比等于1，随温度升高，CO₂转化率增大，说明反应正向进行，正向是吸热反应，氨气和二氧化碳物质的量之比增大，平衡正向进行，二氧化碳转化率增大，依据化学平衡影响因素和平衡三段式分析判断；
②循环利用原料．

解答 解：（1）已知N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.2kJ•mol^-1．在一定条件下反应时，当生成标准状况下33.6L NH₃时物质的量=$\frac{33.6L}{22.4L/mol}$=1.5mol，放出的热量=$\frac{1.5mol×92.2kJ}{2mol}$=69.15kJ，
故答案为：69.15kJ；
（2）①图象分析，A点氨气含量大于B点，说明温度越高，氨气含量越少，平衡逆向进行，平衡常数减小，温度T₁、T₂时的平衡常数分别为K₁、K₂，则K₁＞K₂，恒温恒压加入惰性气体，体积增大压强减小，平衡向气体体积增大的分析进行，逆向进行，平衡向左移动，
故答案为：＞；向左；
 ②T₂温度时，图象分析可知，平衡时氨气含量为20%，在1L的密闭容器中加入2.1mol N₂、1.5mol H₂，经10min达到平衡，设消耗氮气浓度为x，
                N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
起始量（mol/L）  2.1    1.5       0
变化量（mol/L）  x      3x        2x
平衡量（mol/L） 2.1-x  1.5-3x     2x
平衡时氨气含量为20%，$\frac{2x}{3.6-2x}$=20%，解得：x=0.3mol/L，
则v（H₂）=$\frac{3×0.3mol/L}{10min}$=0.09 mol•L^-1•min^-1；
平衡浓度c（NH₃）=0.6mol/L，c（H₂）=0.6mol/L，c（N₂）=1.8mol/L，
该反应的平衡常数为：K=$\frac{0．{6}^{2}}{0．{6}^{3}×1.8}$=0.93，
达到平衡后，如果再向该容器内通入N₂、H₂、NH₃各0.4mol，个物质浓度为：（NH₃）=0.6mol/L+0.4mol/L=1mol/L，c（H₂）=0.6mol/L+0.4mol/L=1mol/L，c（N₂）=1.8mol/L+0.4mol/L=2.2mol/L，
Q=$\frac{{1}^{2}}{{1}^{3}×2.2}$=0.45＜K=0.93，则此时反应正向进行，
故答案为：0.09；向右；
（3）①分析图表当氨气和二氧化碳物质的量之比等于1，随温度升高，CO₂转化率增大，说明反应正向进行，正向是吸热反应，△H＞0；氨气和二氧化碳物质的量之比增大，平衡正向进行，二氧化碳转化率增大，a＜d，依据图表数据反应是吸热反应，b＜c，e＜f，b＜e，得到b＜f，
故答案为：＞；＜；＜；
②从尿素合成塔内出来的气体中仍含有一定量的CO₂、NH₃，应净化后重新充入合成塔内，循环利用，提高原料利用率，
故答案为：净化后重新充入合成塔内，循环利用，提高原料利用率．

点评 本题考查了热化学方程式计算，图象分析判断化学平衡、反应速率、平衡常数计算应用等知识，掌握平衡移动原理是关键，注意掌握化学平衡及其影响因素，明确热化学方程式的书写原则．