Question

合成氨工業(yè)是重要的化工工業(yè)，傳統(tǒng)合成氨的方法是N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）；△H=92.4kJ．mol^-1．影響合成氨工業(yè)生產(chǎn)效率的因素主要有溫度、壓強、催化劑、原料氣配比和氣體在裝置中的流速．

（1）該反應放熱，升高溫度對反應轉化率不利，但工業(yè)生產(chǎn)中通常在420-500℃條件下進行該反應，其理由是

 

．
（2）圖1是壓強和原料氣配比對反應轉化率影響研究結果，圖中揭示的規(guī)律有：

 

；

 

．
（3）圖2是反應轉化率與溫度關系圖，閱讀圖中信息，說明為什么實際生產(chǎn)中氣體在裝置中的流速是影響轉化率的重要因素？

 

（4）2001年希臘科學家利用電解反應合成氨取得成功，實驗裝置如圖3，固體介質(zhì)能傳導H⁺，則鈀電極A是電解池的

 

極（填“陽”或“陰”），該極上的電極反應式是

 

．
（5）有研究表明在常溫、常壓、光照條件下，N₂在催化劑表面與水發(fā)生反應生成NH₃：2N₂+6H₂O?4NH₃+3O₂，
若N₂（g）+3H₂O（1）=2NH₃（g）+

3

2

O₂（g）△H=+765.2kJ?mol^-1
則反應2N₂（g）+6H₂O（l）?4NH₃（g）+3O₂（g）的△H=

 

kJ?mol^-1．

Answer 1

分析：（1）溫度越高，反應速率越快，到達平衡所需時間越短；
（2）根據(jù)曲線變化趨勢及縱橫坐標的含義來分析解答；
（3）氣體流速影響反應物的停留時間，從而影響轉化率；
（4）電解池中陽極上失電子發(fā)生氧化反應，陰極上得電子發(fā)生還原反應；
（5）根據(jù)蓋斯定律計算．

解答：解：（1）該反應是放熱反應，升高溫度平衡向逆反應方向移動，但溫度越高反應速率越快，到達平衡所需時間越短，縮短生產(chǎn)周期，故答案為：提高反應速率，縮短生產(chǎn)周期；
（2）根據(jù)圖表知，壓強移動，氨氣的轉化率越大，根據(jù)配料氣配比比知，其值約等于3時其轉化率最高，
故答案為：壓強越大，轉化率越高；原料氣配比約等于3時轉化率最高；
（3）實際生產(chǎn)為連續(xù)生產(chǎn)，合成塔內(nèi)反應體系未達到平衡即排出塔外時，氣體流速影響反應物的反應時間，從而影響反應轉化率，
故答案為：實際生產(chǎn)為連續(xù)生產(chǎn)，合成塔內(nèi)反應體系未達平衡即排出塔外，氣體流速影響反應物在反應塔內(nèi)停留時間，從而影響反應轉化率；
（4）根據(jù)圖知，陰極上氮氣得電子和氫離子反應生成氨氣，所以鈀電極為陰極，其電極反應式為N₂+6e^-+6H⁺=2NH₃，
故答案為：陰；N₂+6e^-+6H⁺=2NH₃；
（5）N₂（g）+3H₂O（1）=2NH₃（g）+

3

2

O₂（g）△H=+765.2kJ?mol^-1，則2N₂（g）+6H₂O（l）?4NH₃（g）+3O₂（g）的△H=（+765.2kJ?mol^-1）×2=+1530.0kJ．mol^-1，
故答案為：+1530.0．

點評：本題考查了化學反應平衡的有關知識，涉及蓋斯定律、電極反應式的書寫、圖象分析等知識點，圖象分析中注意縱橫坐標、曲線變化趨勢等知識點，難度中等．