Question

【題目】合成氨是人類科學(xué)技術(shù)發(fā)展史上的一項重大突破，研究表明液氨是一種良好的儲氫物質(zhì)。

（1）化學(xué)家Gethard Ertl證實了氫氣與氮氣在固體催化劑表面合成氨的過程，示意如下圖：

下列說法正確的是____（選填字母）。

A．①表示N2、H2分子中均是單鍵

B．②→③需要吸收能量

C．該過程表示了化學(xué)變化中包含舊化學(xué)鍵的斷裂和新化學(xué)鍵的生成

（2）氨氣分解反應(yīng)的熱化學(xué)方程式如下：2NH3（g）N2（g）＋3H2（g）　△H，若N三N鍵、H一H鍵和N一H鍵的鍵能分別記作a、b和c（單位：kJ·mol－l），則上述反應(yīng)的△H＝___kJ·mol一1。

（3）研究表明金屬催化劑可加速氨氣的分解。下表為某溫度下等質(zhì)量的不同金屬分別催化等濃度氨氣分解生成氫氣的初始速率（m mol．min一1）。

①不同催化劑存在下，氨氣分解反應(yīng)活化能最大的是___（填寫催化劑的化學(xué)式）。

②溫度為T，在一體積固定的密閉容器中加入2 molNH3，此時壓強為P0，用Ru催化氨氣分解，若平衡時氨氣分解的轉(zhuǎn)化率為50％，則該溫度下反應(yīng)2NH3（g）N2（g）十3H2（g）用平衡分壓代替平衡濃度表示的化學(xué)平衡常數(shù)Kp＝___。[己知：氣體分壓（p分）＝氣體總壓（p總）x體積分?jǐn)?shù)]

（4）關(guān)于合成氨工藝的理解，下列正確的是___。

A．合成氨工業(yè)常采用的反應(yīng)溫度為500℃左右，可用勒夏特列原理解釋

B．使用初始反應(yīng)速率更快的催化劑Ru，不能提高平衡時NH3的產(chǎn)量

C．合成氨工業(yè)采用10 MPa一30 MPa，是因常壓下N2和H2的轉(zhuǎn)化率不高

D．采用冷水降溫的方法可將合成后混合氣體中的氨液化

（5）下圖為合成氨反應(yīng)在不同溫度和壓強、使用相同催化劑條件下，初始時氮氣、氫氣的體積比為1：3時，平衡混合物中氨的體積分?jǐn)?shù)[（NH3）]。

①若分別用vA（NH3）和vB（NH3）表示從反應(yīng)開始至達(dá)平衡狀態(tài)A、B時的化學(xué)反應(yīng)速率，則vA（NH3）____vB（NH3）（填“＞”、“＜”或“＝”）。

②在250℃、1.0×104kPa下，H2的轉(zhuǎn)化率為______%（計算結(jié)果保留小數(shù)點后1位）。

（6）N2和H2在鐵作催化劑作用下從145℃就開始反應(yīng)，隨著溫度上升，單位時間內(nèi)NH3產(chǎn)率增大，但溫度高于900℃后，單位時間內(nèi)NH3產(chǎn)率逐漸下降的原因________。

Answer 1

【答案】BC 6c-a-3b BC < 66.7 高于900℃后，產(chǎn)率受平衡移動影響為主，溫度升高，平衡向左移動，NH3 產(chǎn)率下降

【解析】

⑴A. N2分子中是三鍵不是單鍵；

B. ②→③的過程是分子中價鍵斷裂為原子，價鍵斷裂是吸收能量的；

C. 化學(xué)變化的本質(zhì)就是舊化學(xué)鍵的斷裂，新化學(xué)鍵的生成。

⑵，根據(jù)反應(yīng)方程式計算；

⑶①根據(jù)碰撞理論的解釋，催化劑的催化原理實質(zhì)上是降低反應(yīng)的活化能，活化能越低，則活化分子百分?jǐn)?shù)越高，反應(yīng)速率越大；

②

體積分?jǐn)?shù)等于物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)所以的體積分?jǐn)?shù)為 、N2的體積分?jǐn)?shù)為 、的體積分?jǐn)?shù)為 ，根據(jù)同溫同體積下，壓強之比等于物質(zhì)的量之比得總壓強 化學(xué)平衡常數(shù) 帶入，得

⑷A.反應(yīng)為放熱反應(yīng)，按勒夏特列原理，應(yīng)選擇較低溫度，此反應(yīng)考慮到催化劑的活化溫度；

B.催化劑的作用是增大反應(yīng)速率，使反應(yīng)盡快到到平衡，但不影響反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率；

C. 反應(yīng)是體積減小的反應(yīng)，增大壓強反應(yīng)向右進行，增大轉(zhuǎn)化率；

D.氨氣的沸點比水低，采用冷水降溫的方法不能將合成后混合氣體中的氨液化；

⑸①壓強大，速率大，溫度高，速率大；

② 初始時氮氣、氫氣的體積比為1：3時，假設(shè)為1 mol、 為3 mol， 設(shè)平衡時，消耗 x mol，再根據(jù)三段式法列式計算。

⑹合成氨的反應(yīng)是放熱反應(yīng)，當(dāng)溫度高于900℃后，產(chǎn)率受平衡移動影響為主，溫度升高，平衡向左移動，NH3 產(chǎn)率下降；

⑴A.N2分子中是三鍵不是單鍵，故A錯誤；

B. ②→③的過程是分子中價鍵斷裂為原子，價鍵斷裂是吸收能量的，故需要吸收能量，故B正確；

C.化學(xué)變化的本質(zhì)就是舊化學(xué)鍵的斷裂，新化學(xué)鍵的生成，所以氫氣與氮氣在固體催化劑表面合成氨的過程表示了化學(xué)變化中包含舊化學(xué)鍵的斷裂和新化學(xué)鍵的生成，故C正確；

故答案為：BC。

⑵，含有三個N-H鍵，根據(jù)反應(yīng)方程式可得，故答案為：；

⑶①Fe作催化劑時，氫氣的初始生成速率最小，根據(jù)碰撞理論的解釋，催化劑的催化原理實質(zhì)上是降低反應(yīng)的活化能，活化能越低，則活化分子百分?jǐn)?shù)越高，反應(yīng)速率越大，所以上述金屬比較，鐵作催化劑時，氨分解的活化能最大，故答案為：Fe；

②

體積分?jǐn)?shù)等于物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)所以的體積分?jǐn)?shù)為 、N2的體積分?jǐn)?shù)為 、的體積分?jǐn)?shù)為 ，根據(jù)同溫同體積下，壓強之比等于物質(zhì)的量之比得總壓強 化學(xué)平衡常數(shù) 帶入，得

⑷A.反應(yīng)為放熱反應(yīng)，按勒夏特列原理，應(yīng)選擇較低溫度，此反應(yīng)主要是考慮到催化劑的活化溫度，故A錯誤；

B.催化劑的作用是增大反應(yīng)速率，使反應(yīng)盡快到到平衡，但不影響反應(yīng)限度，故使用初始反應(yīng)速率更快的催化劑Ru，不能提高平衡時NH3的產(chǎn)量，故B正確；

C. 反應(yīng)是體積減小的反應(yīng)，增大壓強反應(yīng)向右進行，所以合成氨工業(yè)壓強采用10 MPa一30 MPa，可以大大增加轉(zhuǎn)化率，故C正確；

D.氨氣的沸點比水低，采用冷水降溫的方法不能將合成后混合氣體中的氨液化，故D錯誤；

故答案為BC；

⑸①壓強大，速率快，溫度高，速率快，B的溫度比A的高，B的壓強比A的大，所以B的速率大于A的速率，故答案為：＜；

②初始時氮氣、氫氣的體積比為1：3時，假設(shè)為1mol、 為3mol，設(shè)平衡時，消耗xmol

由圖可知在250℃、1.0×104kPa下，平衡混合物中氨的體積分?jǐn)?shù)為50%，列式

，解得 ， 的轉(zhuǎn)化率為，故答案為：66.7%；

⑹合成氨的反應(yīng)是放熱反應(yīng)，當(dāng)溫度高于900℃后，產(chǎn)率受平衡移動影響為主，溫度升高，平衡向左移動，NH3 產(chǎn)率下降，故答案為：高于900℃后，產(chǎn)率受平衡移動影響為主，溫度升高，平衡向左移動，NH3 產(chǎn)率下降；