Question

8．合成氨技術的發明使工業化人工固氮成為現實．
（1）已知N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.2kJ•mol^-1．在一定條件下反應時，當生成標準狀況下33.6L NH₃時，放出的熱量為69.15kJ．
（2）合成氨混合體系在平衡狀態時NH₃的百分含量與溫度的關系如圖所示．由圖可知：
①溫度T₁、T₂時的平衡常數分別為K₁、K₂，則K₁＞K₂ （填“＞”或“＜”）．若在恒溫、恒壓條件下，向平衡體系中通入氦氣，平衡向左移動（填“向左”、“向右”或“不”）．
②見右圖，T₂溫度時，在1L的密閉容器中加入2.1mol N₂、1.5mol H₂，經10min達到平衡，則v（H₂）=0.09mol/（L．min）達到平衡后，如果再向該容器內通入N₂、H₂、NH₃各0.4mol，則平衡向右移動（填“向左”、“向右”或“不”）．
（3）工業上用CO₂和NH₃反應生成尿素：CO₂（g）+2NH₃（g）?H₂O（l）+CO（NH₂）₂（l）△H，在一定壓強下測得如下數據：

溫度/℃ CO2轉化率% $\frac{n（N{H}_{3}）}{n（C{O}_{2}）}$	100	150	200
1	19.6	27.1	36.6
1.5	a	b	c
2	d	e	f

①則該反應△H＞0，表中數據a＜d，b＜f（均選填“＞”、“=”或“＜”）．
②從尿素合成塔內出來的氣體中仍含有一定量的CO₂、NH₃，應如何處理？凈化后重新充入合成塔內，循環利用，提高原料利用率．

Answer 1

分析 （1）依據熱化學方程式定量關系計算分析，氨氣的物質的量n=$\frac{V}{{V}_{m}}$，然后結合熱化學方程式計算得到；
（2）①圖象分析，A點氨氣含量大于B點，說明溫度越高，氨氣含量越少，平衡逆向進行，平衡常數減小，恒溫恒壓加入惰性氣體，體積增大壓強減小，平衡向氣體體積增大的分析進行，逆向進行；
②依據平衡轉化率計算生成的氨氣，結合平衡三段式列式計算，反應速率v$\frac{△c}{△t}$，依據平衡常數概念和平衡濃度計算得到，依據題干濃度計算濃度商和平衡常數比較；
（3）①分析圖表當氨氣和二氧化碳物質的量之比等于1，隨溫度升高，CO₂轉化率增大，說明反應正向進行，正向是吸熱反應，氨氣和二氧化碳物質的量之比增大，平衡正向進行，二氧化碳轉化率增大，依據化學平衡影響因素和平衡三段式分析判斷；
②循環利用原料．

解答 解：（1）已知N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.2kJ•mol^-1．在一定條件下反應時，當生成標準狀況下33.6L NH₃時物質的量=$\frac{33.6L}{22.4L/mol}$=1.5mol，放出的熱量=$\frac{1.5mol×92.2kJ}{2mol}$=69.15kJ，
故答案為：69.15kJ；
（2）①圖象分析，A點氨氣含量大于B點，說明溫度越高，氨氣含量越少，平衡逆向進行，平衡常數減小，溫度T₁、T₂時的平衡常數分別為K₁、K₂，則K₁＞K₂，恒溫恒壓加入惰性氣體，體積增大壓強減小，平衡向氣體體積增大的分析進行，逆向進行，平衡向左移動，
故答案為：＞；向左；
 ②T₂溫度時，圖象分析可知，平衡時氨氣含量為20%，在1L的密閉容器中加入2.1mol N₂、1.5mol H₂，經10min達到平衡，設消耗氮氣濃度為x，
                N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
起始量（mol/L）  2.1    1.5       0
變化量（mol/L）  x      3x        2x
平衡量（mol/L） 2.1-x  1.5-3x     2x
平衡時氨氣含量為20%，$\frac{2x}{3.6-2x}$=20%，解得：x=0.3mol/L，
則v（H₂）=$\frac{3×0.3mol/L}{10min}$=0.09 mol•L^-1•min^-1；
平衡濃度c（NH₃）=0.6mol/L，c（H₂）=0.6mol/L，c（N₂）=1.8mol/L，
該反應的平衡常數為：K=$\frac{0．{6}^{2}}{0．{6}^{3}×1.8}$=0.93，
達到平衡后，如果再向該容器內通入N₂、H₂、NH₃各0.4mol，個物質濃度為：（NH₃）=0.6mol/L+0.4mol/L=1mol/L，c（H₂）=0.6mol/L+0.4mol/L=1mol/L，c（N₂）=1.8mol/L+0.4mol/L=2.2mol/L，
Q=$\frac{{1}^{2}}{{1}^{3}×2.2}$=0.45＜K=0.93，則此時反應正向進行，
故答案為：0.09；向右；
（3）①分析圖表當氨氣和二氧化碳物質的量之比等于1，隨溫度升高，CO₂轉化率增大，說明反應正向進行，正向是吸熱反應，△H＞0；氨氣和二氧化碳物質的量之比增大，平衡正向進行，二氧化碳轉化率增大，a＜d，依據圖表數據反應是吸熱反應，b＜c，e＜f，b＜e，得到b＜f，
故答案為：＞；＜；＜；
②從尿素合成塔內出來的氣體中仍含有一定量的CO₂、NH₃，應凈化后重新充入合成塔內，循環利用，提高原料利用率，
故答案為：凈化后重新充入合成塔內，循環利用，提高原料利用率．

點評 本題考查了熱化學方程式計算，圖象分析判斷化學平衡、反應速率、平衡常數計算應用等知識，掌握平衡移動原理是關鍵，注意掌握化學平衡及其影響因素，明確熱化學方程式的書寫原則．