Question

合成氨工業(yè)的反應(yīng)為：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）；△H＜0工業(yè)合成氨生產(chǎn)示意圖如圖1所示．

（1）寫出該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式：K=

c2(NH3)

c(N2)c3(H2)

．隨著溫度升高，K值

減小

（填增大、減小、不變）
（2）Y的主要成分為

N₂、H₂

；
（3）化工生產(chǎn)條件選定的主要原因是（選填字母序號(hào)）

BC

；
A．溫度、壓強(qiáng)對(duì)化學(xué)平衡的影響；
B．鐵觸媒在該溫度時(shí)活性大；
C．工業(yè)生產(chǎn)受動(dòng)力、材料、設(shè)備等條件的限制．
（4）改變反應(yīng)條件，會(huì)使平衡發(fā)生移動(dòng)．如圖2象表示隨條件改變，氨氣的百分含量的變化趨勢(shì)．
當(dāng)橫坐標(biāo)為壓強(qiáng)時(shí)，變化趨勢(shì)正確的是（選填字母序號(hào)）

b

，
當(dāng)橫坐標(biāo)為溫度時(shí)，變化趨勢(shì)正確的是（選填字母序號(hào)）

a

．
（5）合成氨工廠常通過(guò)測(cè)定反應(yīng)前后的混合氣體密度來(lái)確定氮的轉(zhuǎn)化率．某工廠測(cè)得合成塔中N₂、H₂的密度為0.5536g/L（標(biāo)準(zhǔn)狀況），從合成塔中出來(lái)的混合氣體密度為0.693g/L．則該合成氨廠N₂的轉(zhuǎn)化率為多少？

．

Answer 1

分析：（1）平衡常數(shù)指生成物濃度的系數(shù)次冪之積與反應(yīng)物濃度系數(shù)次冪之積的比值；根據(jù)溫度升高，平衡逆向移動(dòng)來(lái)判斷；
（2）根據(jù)該反應(yīng)為可逆反應(yīng)以及Y可循環(huán)使用；
（3）根據(jù)外界條件對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率及平衡的影響，同時(shí)還要考慮實(shí)際情況；
（4）根據(jù)增大壓強(qiáng)，平衡正向移動(dòng)，NH₃含量增大；根據(jù)升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，NH₃含量降低；
（5）先根據(jù)M=ρVm計(jì)算混合氣體的平均摩爾質(zhì)量，根據(jù)十字交叉法計(jì)算反應(yīng)前混合氣體中N₂和H₂的體積比，然后根據(jù)M=ρVm=

m

n

求出轉(zhuǎn)化率；

解答：解：（1）根據(jù)平衡常數(shù)的書寫要求，該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式K=

c2(NH3)

c(N2)c3(H2)

，溫度升高，平衡逆向移動(dòng)，c（NH₃）減小，c（N₂）、c（H₂）增大，所以平衡常數(shù)減小，故答案為：

c2(NH3)

c(N2)c3(H2)

，減��；
（2）Y的主要成分為NH₃分離后的N₂、H₂，故答案為：N₂、H₂；
（3）若要加快化學(xué)反應(yīng)速率及平衡正向移動(dòng)，應(yīng)選擇高溫、高壓、催化劑，但催化劑鐵觸媒在500℃時(shí)活性最大，加壓有利于平衡正向移動(dòng)，但對(duì)動(dòng)力、材料、設(shè)備等條件要求高，所以壓強(qiáng)不能太大，故答案為：BC；
（4）當(dāng)橫坐標(biāo)為壓強(qiáng)時(shí)，因?yàn)樵龃髩簭?qiáng)，平衡正向移動(dòng)，NH₃含量增大，變化趨勢(shì)正確的是b，當(dāng)橫坐標(biāo)為溫度時(shí)，因?yàn)榉磻?yīng)正向放熱，升溫，平衡逆向移動(dòng)，NH₃含量降低，變化趨勢(shì)正確的是a，故答案為：b，a 
（5）設(shè)反應(yīng)前混合氣體中氮?dú)獾奈镔|(zhì)的量分?jǐn)?shù)為x，氫氣物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為（1-x），依題意得：
  28x+2（1-x）=0.5536×22.4    解得x=0.4
  所以N₂、H₂的物質(zhì)的量之比為2：3
設(shè)起始N₂的物質(zhì)的量為2mol，H₂為3 mol，N₂的轉(zhuǎn)化量為y
 N₂ +3H₂ ?2NH₃
 2     3         0
 y     3y        2y
 2-y   3-3y      2y
總物質(zhì)的量=2-y+3-3y+2y=（5-2y）mol

(28×2+2×3)

(5-2y)

=0.693×22.4（左右都是反應(yīng)后氣體的摩爾質(zhì)量）
  y=0.5 mol
所以N₂的轉(zhuǎn)化率為

0.5

2

×100%=25%，故答案為：25%．

點(diǎn)評(píng)：本題主要考查平衡常數(shù)的概念、平衡移動(dòng)的判斷與計(jì)算，難度不大，注意三段式解題法的利用．