Question

3．氨是化肥工業和基礎化工的重要原料．請回答下列問題：
（1）工業上主要用氮氣與氫氣在高溫高壓下和車氨，平衡混合物中氨的百分含量與溫度和壓強的關系如圖所示（其中n（N₂）：n（H₂）=1：3）．
①列式計算A點合成氨反應的平衡常數K_p（A）=$\frac{16}{27}$（用平衡分壓代替平衡濃度計算），圖中A，B，C三點平衡常數K_p（A），K_p（B），K_p（C）的關系是Kp（A）=Kp（C）＞Kp（B）．
②圖中p₁，p₂，p₃，p₄，p₅的大小順序為p₁＞p₂＞p₃＞p₄＞p₅．
③常溫下工業原料氣的平衡轉化率比500℃高得多，實際生產時不采用常溫的原因是反應速率慢，催化劑活性低，經濟效益低．
（2）已知：
N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.2kJ•mol^-1
N₂（g）+2O₂（g）?2NO₂（g）△H=+67.7kJ•mol^-1
2H₂（g）+O₂（g）?2H₂O（l）△H=-571.6kJ•mol^-1
則8NH₃（g）+6NO₂（g）?7N₂（g）+12H₂O（I）△H=-3263.9kJ•mol^-1．

Answer 1

分析 （1）①依據圖象可知A點氨氣平衡含量為50%，其中n（N₂）：n（H₂）=1：3，據此計算此時氨氣物質的量，用平衡分壓代替平衡濃度計算，可以利用氣體物質的量計算平衡常數，平衡常數隨溫度變化，圖象變化趨勢可知隨溫度升高，氨氣含量減小，說明反應是放熱反應，B點溫度高平衡常數小；
②工業上主要用氮氣與氫氣在高溫高壓下合成氨的反應是氣體體積減小的放熱反應，壓強越大平衡正向進行程度越大；
③合成氨的反應是氣體體積減小的放熱反應，常溫下工業原料氣的平衡轉化率比500℃高得多，但反應速率和催化劑的催化作用小，經濟效益低；
（2）依據熱化學方程式和蓋斯定律計算所需熱化學方程式得到反應的焓變；

解答 解：①依據圖象可知A點氨氣平衡含量為50%，其中n（N₂）：n（H₂）=1：3，據此計算此時氨氣物質的量，設氨氣物質的量為x，得到
         N₂+3H₂═2NH₃
平衡：1   3    x     
$\frac{x}{1+3+x}$=50%  
x=4 
因為：壓強之比等于物質的量之比
所以：Kp（A）=$\frac{{P}^{2}（N{H}_{3}）}{P（{N}_{2}）{P}^{3}（{H}_{2}）}$=$\frac{{4}^{2}}{1×{3}^{3}}$=$\frac{16}{27}$
平衡常數只與溫度有關，溫度升高，平衡常數減小，用平衡分壓代替平衡濃度計算，可以利用氣體物質的量計算平衡常數，平衡常數隨溫度變化，圖象變化趨勢可知隨溫度升高，氨氣含量減小，說明反應是放熱反應，B點溫度高平衡常數小，所以：Kp（A）=Kp（C）＞Kp（B），
故答案為：$\frac{16}{27}$，Kp（A）=Kp（C）＞Kp（B）；
②工業上主要用氮氣與氫氣在高溫高壓下合成氨的反應是氣體體積減小的放熱反應，壓強越大平衡正向進行程度越大，圖象分析可知在溫度一定時壓強越大平衡正向進行氨氣的含量增大，所以壓強大小為p₁＞p₂＞p₃＞p₄＞p₅ ，
故答案為：p₁＞p₂＞p₃＞p₄＞p₅；
③合成氨的反應是氣體體積減小的放熱反應，常溫下工業原料氣的平衡轉化率比500℃高得多，但反應速率和催化劑的催化作用小，經濟效益低，實際生產時不采用常溫的原因是反應速率慢，催化劑活性低，經濟效益低，
故答案為：反應速率慢，催化劑活性低，經濟效益低；
（2）①N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.2kJ•mol^-1
②N₂（g）+2O₂（g）?2NO₂（g）△H=+67.7kJ•mol^-1
③2H₂（g）+O₂（g）?2H₂O（l）△H=-571.6kJ•mol^-1
（③×2-②）×3-①×4得到：8NH₃（g）+6NO₂（g）?7N₂（g）+12H₂O（I）△H=-3263.9KJ/mol，
故答案為：-3263.9．

點評 本題考查了化學平衡常數的影響因素和計算分析，圖象的理解應用和影響化學平衡的因素，熱化學方程式書寫方法，掌握基礎是關鍵，題目難度中等．