Question

【題目】目前Haber-Bosch法是工業(yè)合成氨的主要方式，其生產條件需要高溫高壓。為了有效降低能耗，過渡金屬催化還原氮氣合成氨被認為是具有巨大前景的替代方法。催化過程一般有吸附—解離—反應—脫附等過程，圖示為N2和H2在固體催化劑表面合成氨反應路徑的勢能面圖(部分數據略)，其中“*”表示被催化劑吸附。

(1)氨氣的脫附是____過程(填“吸熱”或“放熱”)，合成氨的熱化學方程式為_____

(2)合成氨的捷姆金和佩熱夫速率方程式為 w= k1 p(N2)-k2 ，w為反應的瞬時總速率，為正反應和逆反應速率之差，k1、k2是正、逆反應速率常數。合成氨反應N2+3H22NH3的平衡常數Kp=_________(用k1，k2表示)(注：Kp用各物質平衡分壓來表示)。

(3)若將2.0molN2和6.0molH2通入體積為1L的密閉容器中，分別在T1和T2溫度下進行反應。曲線A表示T2溫度下n(H2)的變化，曲線B表示T1溫度下n(NH3)的變化，T2溫度下反應到a點恰好達到平衡。

①溫度T1___T2 (填“＞”、“＜”或“＝”下同)，T1溫度下恰好平衡時，曲線B上的點為b(m， n )，則m___12，n__2。

②T2 溫度下，反應從開始到恰好平衡時平均速率v(N2) =_____。

③T2溫度下，合成氨反應N2+3H22NH3的平衡常數的數值是____；若某時刻，容器內氣體的壓強為起始時的80%，則此時v(正)____v(逆)(填“＞”、“＜”或“＝”)。

(4)工業(yè)上通過降低反應后混合氣體的溫度而使氨氣分離出來。這種分離物質的方法， 其原理類似于下列方法中的___(填序號)。

A.過濾 B.蒸餾 C.滲析 D.萃取

Answer 1

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

【解析】

(1)由勢能面圖可知，氨氣從催化劑上脫離時勢能面在升高，為吸熱過程，由圖可知0.5mol氮氣和1.5mol氫氣轉變成1mol氨氣的反應熱為：21 kJ·mol-1-17kJ·mol-1-50 kJ·mol-1=-46 kJ·mol-1，則合成氨的熱化學方程式為N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) △H= -92 kJ·mol-1，

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

(2)反應達到平衡狀態(tài)時，正逆反應速率相等，則w = k1 p(N2)-k2=0，k1 p(N2)=k2，整理得：，故答案為：；

(3) ①曲線A表示T2溫度下n(H2)的變化，反應到4min時，，該條件下對應氨氣的速率為：，曲線B表示T1溫度下n(NH3)的變化，4min時，曲線B對應的反應速率快，可知T1＞T2，因曲線B對應的溫度高，速率快，所以到達平衡的時間比曲線A短，即m＜12，但因反應為放熱反應，溫度升高平衡逆向移動，導致曲線B平衡時氨氣的物質的量比曲線A平衡時氨氣的物質的量少，即n＜2,

故答案為：＞；＜；＜；

②T2 溫度下，反應達到平衡時，，v(N2) =，

故答案為：0.083molL-1min-1；

③T2溫度下，合成氨反應N2+3H22NH3，根據題中數據列三段式：

平衡常數K=，

由以上計算可知平衡時氣體總量為6mol，平衡時氣體的壓強是起始時的，若某時刻，容器內氣體的壓強為起始時的80%，反應應向氣體體積減小的方向建立平衡即向正向進行，則v(正)＞v(逆)，故答案為：0.148；＞；

(4)工業(yè)上通過降低反應后混合氣體的溫度而使氨氣液化后分離出來，是利用了氣體的熔沸點差異，將氨氣轉成液體與氮氣和氫氣分析，該方法類似于蒸餾，故答案為：B。