(15分)氨是最重要的氮肥,是产量最大的化工产品之一。课本里介绍的合成氨技术叫哈伯法,是德国人哈伯在1905年发明的,其合成原理为:N2(g)+3H2(g)
2NH3(g);△H<0他因此获得了1918年诺贝尔化学奖。工业上合成氨的部分工艺流程如下:![]()
| 气体 | 氮气 | 氢气 | 氨 |
| 熔点(℃) | -210.01 | -252.77 | -77.74 |
| 沸点(℃) | -1 | -259.23 | -33.42 |
反应体系中各组分的部分性质见上表:
(1)合成氨反应的平衡常数很小,所以在工业上采取气体循环的流程。即反应后通过把混合气体的温度降低到 ℃使混合气体分离出来产品;继续循环的气体是 。
(2)工业上采取用上述
。
(3)已知拆开1molH-H键,1molN-H键,1molN≡N键分别需要的能量是436kJ、391kJ、946kJ,则N2与H2反应生成NH3的热化学方程式为________________________ 。
(4)合成氨工业对国民经济和社会发展具有重要的意义。对于密闭容器中的反应: N2(g)+3H2(g)
A.点a的正反应速率比点b的大
B.点 c处反应达到平衡
C.点d (t1时刻) 和点 e (t2时刻) 处n(N2)不一样
D.其他条件不变,773K下反应至t1时刻, n(H2)比上图中d点的值大
(10分)、能源短缺是人类社会面临的重大问题。甲醇是一种可再生能源,具有广泛的开发和应用前景。
(1) 工业上一般采用下列两种反应合成甲醇:
反应Ⅰ:CO(g)+2H2(g)
CH3OH(g)
H1
反应Ⅱ:CO2(g)+3H2(g)
CH3OH(g)+H2O(g)
H2
①上述反应符合“原子经济”原则的是 (填“Ⅰ”或“Ⅱ”);
②下表所列数据是反应Ⅰ在不同温度下的化学平衡常数(K)。
| 温度 | 250℃ | 300℃ | 350℃ |
| K | 2.041 | 0.270 | 0.012 |
③某温度下,将2molCO和6molH2充入2L的密闭容器中,充分反应达到平衡后,测得c(CO)=0.2mol·L-1,则CO的转化率为 .
(2)合成气经压缩升温后进入10m3甲醇合成塔,在催化剂作用下,通过反应Ⅰ进行甲醇合成,T4℃下此反应的平衡常数为160。此温度下,在密闭容器中加入CO、H2,反应
| 物质 | H2 | CO | CH3OH |
| 浓度/(mol·L-1) | 0.2 | 0.1 | 0.4 |
②若加入CO、H2后,在T5℃反应10min达到平衡,c(H2)=0.4 mol·L-1,则该时间内反应速率v(CH3OH) = mol·(L·min)-1。
(3)生产过程中,合成气要进行循环,其目的是 。
甲醇被称为2l世纪的新型燃料,工业上通过下列反应Ⅰ和Ⅱ,用CH4和H2O为原料来制备甲醇。
(1)将1.0 mol CH4和2.0 mol H2O(g)通入反应室(容积为100L),在一定条件下发生反应:
CH4(g)+H2O(g)
CO(g)+3H2(g)……Ⅰ,CH4的转化率与温度、压强的关系如右图。![]()
已知100℃时达到平衡所需的时间为5min,
①则用H2表示的平均反应速率为_ 。
②图中的P1_ _P2(填“<”、“>”或“=”),100℃时平衡常数为_
_。
③在其它条件不变时降低温度,逆反应速率将 _ _(填“增大”“减小”或“不变”)。
(2)在压强为0.1 MPa条件下, 将a mol CO与 3a mol H2的混合气体在催化剂作用下能自发反应生成甲醇:CO(g)+2H2(g)
CH3OH(g)……Ⅱ。
④该反应的
△H_ _0,△S_ _0(填“<”、“>”或“=”)。
⑤若容器容积不变,下列措施可增加甲醇产率的是_ _。
A.升高温度
B.将CH3OH(g)从体系中分离出来
C.充入He,使体系总压强增大
D.再充入1mol CO和3mol H2
⑥为了寻找合成甲醇的温度和压强的适宜条件,某同学设计了三组实验,部分实验条件已经填在下面实验设计的表中。
| l 实验编号 | l T(℃) | l n (CO)/n(H2) | l P(MPa) |
| l ⅰ | l 150 | l 1/3 | l 0.1 |
| l ⅱ | l _ _ | l _ _ | l 5 |
| l ⅲ | l 350 | l _ _ | l 5 |
A.请在上表空格中填入剩余的实验条件数据。
B.根据反应Ⅱ的特点,在给出的坐标图中,画出其在0.1MPa和5MPa条件下CO的转化率随温度变化的趋势曲线示意图,并标明各条曲线的压强。
(8分)硫酸生产中,SO2催化氧化成SO3的热化学方程式为:
2 SO2 (g)+ O2(g)
2 SO3(g) △H =" —196.0" kJ.mol-1
①容器体积不变时,为了提高SO2的转化率,可采用的措施是_____(填字母标号)。(2分)
| A.加入V2O5做催化剂 | B. | C.高温 | D.通入过量空气 |
(5分)在常温、常压、光照条件下,N2在催化剂(掺有少量Fe2O3的TiO2)表面与水发生下列反应:2N2(g)+6H2O(l)
4NH3(g)+3O2(g) △H =" a" kJ.mol-1
进一步研究NH3生成量与温度的关系,常压下达到平衡时测得部分实验数据如下:
| 温度T/K | 303 | 313 | 323 |
| NH3生成量/(10—6mol) | 4.8 | 5.9 | 6.0 |
②已知:N2(g)+3H2(
2H2(g) + O2(g)==2H2O(l) △H =" —571.6" kJ.mol-1
则