Question

【題目】工業(yè)合成氨在一定條件下發(fā)生如下反應(yīng)：，當(dāng)進入合成塔的和的體積比為1:3時，經(jīng)測定，在一定溫度、壓強和催化劑條件下所得氨的平衡濃度（體積分數(shù)）如下表所示：

	20MPa	50MPa
500℃	19.1	42.2

而實際從合成塔出來的混合氣體中含有氨約15%。

完成下列填空：

（1）目前公認的合成氨工業(yè)最恰當(dāng)?shù)拇呋瘎┦?/span>________。

a．酶 b．二氧化錳 c．鐵觸媒 d．五氧化二釩

（2）298K時合成氨，每生成，同時放出46.2kJ的熱量。則該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為__________；該溫度下，取和放在一密閉容器中，在催化劑條件下反應(yīng)，測得反應(yīng)放出的熱量總小于92.4kJ，其原因是________________________________。

（3）合成氨的溫度和壓強通常控制在約500℃以及20-50MPa的原因是_________________________________。

（4）實際上從合成塔出來的混合氣體中氨的體積分數(shù)小于理論值的原因是________。

a．表中所測數(shù)據(jù)有明顯誤差 b．生成條件控制不當(dāng)

c．氨的分解速率大于預(yù)測值 d．合成塔中的反應(yīng)未達到平衡

Answer 1

【答案】c 合成氨的反應(yīng)是可逆的，和反應(yīng)不可能完全轉(zhuǎn)化為，所以放出熱量總小于92.4kJ 500℃左右是催化劑的最佳活性溫度，合成氨反應(yīng)是一個氣體總體積縮小的可逆反應(yīng)，壓強越大，反應(yīng)速率越快，到達平衡時氨的含量越高，有利于氨的合成，但壓強越大，需要動力超大，對材料、設(shè)備限制越高，綜合考慮選擇在20-50MPa進行生產(chǎn) d

【解析】

（1）合成氨需要催化劑為鐵觸媒；

（2）根據(jù)熱化學(xué)方程式的書寫規(guī)則作答；氮氣與氫氣的反應(yīng)為可逆反應(yīng)；

（3）依據(jù)化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡的綜合影響因素作答；

（4）A．根據(jù)題干信息可知，表中數(shù)據(jù)是“經(jīng)科學(xué)測定”的，不會出現(xiàn)明顯誤差；
B．合成氨的過程中，不會出現(xiàn)生成條件控制不當(dāng)?shù)那闆r；
C．達到平衡時氨氣的濃度與氨氣的分解速率沒有必然關(guān)系；
D．無論怎樣改變條件，實際上得到的氨氣的體積分數(shù)都低于預(yù)測值，只能說明合成氨的過程中沒有達到平衡狀態(tài)；

（1）目前公認的合成氨工業(yè)最恰當(dāng)?shù)拇呋瘎┦菫殍F觸媒，c項正確；

(2) 根據(jù)題意，生成2mol NH3所放出的熱量為 46.2 kJ × 2=92.4 kJ ，該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為 ；由于合成氨的反應(yīng)是一個可逆反應(yīng)， 1 mol N 2 和 3 mol H 2 反應(yīng)不可能完全轉(zhuǎn)化為NH 3 ，所以放出的熱量總小于 92.4 kJ ，

故答案為：；每生成1mol氨氣，同時放出46.2kJ的熱量，生成2nol氨氣放熱標(biāo)92.4kJ，注物質(zhì)聚集狀態(tài)和對應(yīng)反應(yīng)焓變寫出熱化學(xué)方程式為：合成氨反應(yīng)是可逆反應(yīng)，△H=92.4kJ/mol是1molN2 和3molH2完全反應(yīng)放出的熱量�，F(xiàn)在將1mol N2 和3mol H2在此條件下反應(yīng)，因其為可逆反應(yīng)，必然不能完全反應(yīng)，放出的熱量必小于92.4kJ，故答案為：；合成氨的反應(yīng)是可逆的，和反應(yīng)不可能完全轉(zhuǎn)化為，所以放出熱量總小于92.4kJ；

（3）500℃左右是催化劑的最佳活性溫度，合成氨反應(yīng)是一個氣體總體積縮小的可逆反應(yīng)，壓強越大，反應(yīng)速率越快，到達平衡時氨的含量越高，有利于氨的合成，但壓強越大，需要動力超大，對材料、設(shè)備限制越高，綜合考慮選擇在20-50MPa進行生產(chǎn)；

（4）a. 表中數(shù)據(jù)為科學(xué)家通過科學(xué)實驗所得，不可存在明顯誤差，a項錯誤；

b. 合成氨生成過程是連續(xù)的，不會對生產(chǎn)條件控制不當(dāng)，b項錯誤；

c. 氨氣平衡時的濃度大小與速率的大小沒有直接關(guān)系，若是分解速率的影響，可以通過改變條件，降低反應(yīng)速率，但無論在任何條件下氨氣的體積分數(shù)都會低于預(yù)測值，說明與氨氣的分解速率無關(guān)，c項錯誤；

d. 從合成塔出來的混合氣體中含有氨約為15%，與科學(xué)測定結(jié)果相比偏低，只能說明合成塔中的可逆反應(yīng)并沒有達到平衡狀態(tài)，d項正確；

答案選d。