Question

合成氨工業的核心反應是：N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)　ΔH＝Q kJ·mol－1，能量變化如下圖，回答下列問題：

(1)在反應體系中加入催化劑，反應速率增大，E1和E2的變化是：E1________，E2________(填“增大”、“減小”或“不變”)。

(2)在500℃、2×107Pa和催化劑條件下向一密閉容器中充入0.5 mol N2和1.5 mol H2，充分反應后，放出的熱量________ 46.2 kJ(填“<”、“>”或“＝”)。

(3)關于該反應的下列說法中，正確的是________。

A．ΔH>0，ΔS>0??????? B．ΔH>0，ΔS<0

C．ΔH<0，ΔS>0????? ? D．ΔH<0，ΔS<0

(4)將一定量的N2(g)和H2(g)放入1 L密閉容器中，在500℃、2×107Pa下達到平衡，測得N2為0.10 mol，H2為0.30 mol，NH3為0.10 mol。計算該條件下達到平衡時H2轉化為NH3的轉化率________。若升高溫度，K值變化________(填“增大”、“減小”或“不變”)。

(5)在上述(4)反應條件的密閉容器中，欲提高合成氨中H2的轉化率，下列措施可行的是________(填字母)。

A．向容器中按原比例再充入原料氣

B．向容器中再充入惰性氣體

C．改變反應的催化劑

D．分離出氨氣

 

Answer 1

【答案】

(1)減小　減小　(2)<　(3)D　(4)33.3%　減小　(5)A、D

【解析】(1)在反應體系中加入催化劑，降低了反應的活化能，即E1減小，E2減小，反應熱不變。

(2)由圖像可知N2(g)＋3H2(g)??2NH3(g)　ΔH＝－92.4 kJ·mol－1，使用催化劑，加快了反應速率，但平衡并不移動，平衡轉化率不變，上述反應仍不能進行徹底，故0.5 mol N2和1.5 mol H2充分反應后放出的熱量應小于46.2 kJ。

(3)由圖可知ΔH<0，根據反應方程式可知氣體的物質的量減小，ΔS<0。

(4)??? N2(g)＋3H2(g)??2NH3(g)

起始：? m ?? n? ????? 0

轉化：? x? ??? 3x ???? 2x

平衡：? m－x? n－3x? ?? 2x

根據題意m－x＝0.1 mol　n－3x＝0.3 mol　2x＝0.1 mol

故x＝0.05 mol　m＝0.15 mol　n＝0.45 mol

α(H2)＝＝×100%＝33.3%。

ΔH<0，升溫，平衡左移，K值減小。

(5)欲提高H2的轉化率應使平衡右移，向容器中按原比例再充入原料氣，相當于增大壓強，平衡右移，A可行，B中充惰性氣體對平衡無影響，C中改變催化劑不改變平衡移動，D中分離出氨氣，平衡右移，方法可行，故選A、D。