Question

12．工業(yè)生產(chǎn)硝酸銨的流程圖如圖．請回答：

（1）已知：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4kJ•mol^-1．
①在500℃、2.02×10⁷Pa和鐵催化條件下向一密閉容器中充入1molN₂和3molH₂，充分反應后，放出的熱量＜（填“＜”、“＞”或“=”）92.4kJ，理由是該反應為可逆反應．
②為提高氨的產(chǎn)量，獲得更大的效益，實際生產(chǎn)中宜采取的措施有BCEF．
A．降低溫度       B．最適合催化劑活性的適當高溫      C．增大壓強
D．降低壓強       E．循環(huán)利用和不斷補充氮氣          F．及時移出氨
（2）已知鉑銠合金網(wǎng)未預熱也會發(fā)熱．寫出氨催化氧化的化學方程式：4NH₃+5O₂$\frac{\underline{\;加熱\;}}{\;}$4NO+6H₂O，該反應的化學平衡常數(shù)表達式K=$\frac{{c}^{4}（NO）{c}^{6}（H{\;}_{2}O）}{{c}^{4}（N{H}_{3}）{c}^{5}（{O}_{2}）}$，當溫度升高時，K值減�。ㄌ睢霸龃蟆�、“減小”或“不變”）．
（3）在一定溫度和壓強的密閉容器中，將平均相對分子質(zhì)量為8.5的H₂和N₂混合，當該反應達到平衡時，測出平衡混合氣的平均相對分子質(zhì)量為10，請計算此時H₂的轉(zhuǎn)化率（寫出計算過程）．

Answer 1

分析 （1）①熱反應方程式中反應熱是指完全反全放出的熱量，而合成氨反應是可逆反應，放出的熱量比完全反應少；
②該反應是氣體體積減小的放熱反應，根據(jù)影響平衡移動和化學反應速率的因素判斷，為提高氨的產(chǎn)量，獲得更大的效益，既要考濾反應物質(zhì)的轉(zhuǎn)化率，又要考濾反應速率，據(jù)此答題；
（2）氨具胡還原性，被氧化成一氧化氮和水；化學平衡常數(shù)等于生成物濃度系數(shù)次冪之積除以反應物濃度系數(shù)次冪之積；
（3）根據(jù)平均式量利用十字交叉法求出兩者的物質(zhì)的量之比，然后根據(jù)平均式量為10利用平衡三部曲求出各自的物質(zhì)的量，最終求出轉(zhuǎn)化率．

解答 解：（1）①因為可逆反應不可能完全進行到底，放出的熱量比完全反應少，
故答案為：＜，該反應為可逆反應；  
 ②因增大反應物的濃度，減少生成物的濃度，增大壓強，降低溫度工業(yè)合成氨反應向正反應方向移動，氫氣的轉(zhuǎn)化率提高，但在實際生產(chǎn)中不能用低溫，因為溫度低化學反應速率慢，最適合催化劑活性的適當高溫，保持較好的反應速率，
故答案為：BCEF；
（2）因為NH₃具有還原性，能被氧氣氧化：4NH₃+5O₂$\frac{\underline{\;加熱\;}}{\;}$4NO+6H₂O，該反應的平衡常數(shù)K=$\frac{{c}^{4}（NO）{c}^{6}（H{\;}_{2}O）}{{c}^{4}（N{H}_{3}）{c}^{5}（{O}_{2}）}$，因工業(yè)合成氨反應是放熱反應，升高溫度，平衡向逆反應方向移動，化學平衡常數(shù)減小，
故答案為：4NH₃+5O₂$\frac{\underline{\;加熱\;}}{\;}$4NO+6H₂O，$\frac{{c}^{4}（NO）{c}^{6}（H{\;}_{2}O）}{{c}^{4}（N{H}_{3}）{c}^{5}（{O}_{2}）}$，減��；
（3）十字交叉法：平均相對分子質(zhì)量為8.5的H₂和N₂物質(zhì)的量比=（28-8.5）：（8.5-2）=3：1
           平衡三部曲：N₂ +3H₂ ?2NH₃
                起始   1     3       0
                轉(zhuǎn)化   x     3x      2x 
                平衡   1-x   3-3x    2x             
平衡混合氣的平均相對分子質(zhì)量為10，對應的相對分子質(zhì)量：$\frac{28×1+2×3}{（1-x）+（3-3x）+2x}$=10，x=0.3，則H₂轉(zhuǎn)化率為$\frac{3×0.3}{3}$×100%=30%，
故答案為：30%．

點評 本題結合工業(yè)生產(chǎn)硝酸銨的流程圖考查了可逆反應、化學平衡常數(shù)、十字交叉法等，試題的綜合性較強，學生做起來有一定的難度．